DE212018000376U1

DE212018000376U1 - Absteigesteuerungen für Einradfahrzeuge

Info

Publication number: DE212018000376U1
Application number: DE212018000376.9U
Authority: DE
Original assignee: Future Motion Inc
Current assignee: Future Motion Inc
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: US20190176646A1; US11584236B2; US10399457B2; US20190381893A1; US11117474B2; US20220105812A1; US20230202309A1; WO2019113537A1

Abstract

Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist:
ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse;
ein Brett mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Brett um die Achse des einen oder der mehreren Räder herum neigbar ist;
einen elektrischen Nabenmotor, der zum Antrieb des einen oder der mehreren Räder konfiguriert ist;
einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Bretts angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Brett vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum:
Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Brett voranzutreiben;
in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und
in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.

Description

QUERVERWEISE
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil unter 35 U.S.C. § 119(e) der Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/596,026 , eingereicht am 07. Dezember 2017, dessen Gesamtheit hiermit unter Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird. Das folgende verwandte Patent ist auch hierin insgesamt für alle Zwecke aufgenommen: US-Patent Nr. 9,101,817 .
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung gibt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren in Bezug auf Steuersystem für neigbare Fahrzeuge an, wie etwa selbst-balancierende einrädrige Skateboards und dergleichen.
In einigen Ausführungen kann das selbst-balancierende elektrische Fahrzeug enthalten: ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse; ein Brett mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Brett um die Achse des einen oder der mehreren Räder herum neigbar ist; einen elektrischen Nabenmotor, der zum Antrieb des einen oder der mehreren Räder konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, und Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Bretts angibt, um zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Brett vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Brett voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
In einigen Ausführungen kann ein Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug enthalten: einen Nabenmotor, der zur Kopplung mit einem Rad eines Fahrzeugs konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Fahrzeug voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
Merkmale, Funktionen und Vorteile können in verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Offenbarung unabhängig erzielt werden, oder können in noch anderen Ausführungen kombiniert sein, und weitere Details sind in Bezug auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine isometrische Ansicht eines illustrativen einrädrigen elektrischen Fahrzeugs, das zur Verwendung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung geeignet ist.
2 ist eine isometrische Ansicht eines anderen illustrativen einrädrigen elektrischen Fahrzeugs, die einen darauf aufgestiegenen Fahrer zeigt.
3 ist eine isometrische schräge Unteransicht des Fahrzeugs von 2.
4 ist eine untere Ansicht des Fahrzeugs von 2 mit installierten Schutzabdeckungen.
5 ist ein schematisches Diagramm, das illustrative elektrische Steuerungen der Fahrzeuge der 1 bis 4 zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Initialisierungs-, Standby- und Betriebsprozeduren der elektrischen Komponenten zeigt.
7 ist eine Seitenansicht des elektrischen Fahrzeugs in einer ersten Orientierung.
8 ist eine Seitenansicht des elektrischen Fahrzeugs, bewegt zu einer zweiten Orientierung, um eine Steuerschleife für den Nabenmotor zu aktivieren.
9 ist eine Seitenansicht des elektrischen Fahrzeugs, bewegt zu einer dritten Orientierung, um den Nabenmotor in Uhrzeigerrichtung anzutreiben.
10 ist eine Seitenansicht des elektrischen Fahrzeugs, bewegt zu einer vierten Orientierung, um den Nabenmotor in Gegenuhrzeigerrichtung anzutreiben.
11 ist eine halb-schematische Vorderansicht des elektrischen Fahrzeugs bewegt zu einer fünften Orientierung, um eine Drehzahl des Nabenmotors zu modulieren.
12 ist eine halb-schematische Draufsicht des elektrischen Fahrzeugs bewegt zu einer sechsten Orientierung, um die Drehzahl des Nabenmotors zu modulieren.
13 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines ersten illustrativen Verfahrens zum Steuern eines einrädrigen Fahrzeugs während einer Fahrerabsteige-Betriebsphase zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines zweiten illustrativen Verfahrens zum Steuern eines einrädrigen Fahrzeugs während einer Fahrerabsteige-Betriebsphase zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines dritten illustrativen Verfahrens zum Steuern eines einrädrigen Fahrzeugs während einer Fahrerabsteige-Betriebsphase zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines vierten illustrativen Verfahrens zum Steuern eines einrädrigen Fahrrads während einer Fahrerabsteige-Betriebsphase zeigt.
17 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines fünften illustrativen Verfahrens zum Steuern eines einrädrigen Fahrzeugs während einer Fahrerabsteige-Betriebsphase zeigt.

BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden verschiedene Aspekte und Beispiele von Steuersystemen für einrädrige Fahrzeuge, die für verbesserte Absteigeeigenschaften sorgen, sowie darauf bezogene Verfahren, beschrieben und in den zugeordneten Zeichnungen dargestellt. Soweit nicht anderweitig spezifiziert, kann ein hierin beschriebenes Fahrzeug oder Steuersystem und/oder seine verschiedenen Komponenten, aber nicht notwendigerweise, zumindest eine der Strukturen, Komponenten, Funktionalitäten und/oder Varianten enthalten, die hierin beschrieben, dargestellt und/oder enthalten sind. Ferner können, solange nicht spezifisch ausgeschlossen, die Prozessschritte, Strukturen, Komponenten, Funktionalitäten und/oder Varianten, die hierin in Verbindung mit den vorliegenden Lehren beschrieben, dargestellt und/oder enthalten sind, in anderen ähnlichen Vorrichtungen oder Verfahren enthalten sein, einschließlich austauschbar zwischen offenbarten Ausführungen. Die folgende Beschreibung verschiedener Beispiele hat lediglich eine illustrative Natur und soll die Offenbarung, deren Anwendung und/oder Nutzungen keineswegs einschränken. Zusätzlich sind die Vorteile, die die unten beschriebenen Beispiele und Ausführungen bieten, illustrativer Natur und nicht alle Beispiele und Ausführungen bieten die gleichen Vorteile oder den gleichen Grad von Vorteilen.
Diese detaillierte Beschreibung enthält die folgenden Abschnitte, die unmittelbar nachfolgen: (1) Definitionen; (2) Überblick; (3) Beispiele, Komponenten und Alternativen; (4) Vorteile, Merkmale und Nutzen; und (5) Schlussfolgerung. Der Abschnitt Beispiele, Komponenten und Alternativen ist ferner in Unterabschnitte A bis F unterteilt, deren jeder entsprechend markiert ist.
Definitionen
Hierin gelten die folgenden Definitionen, solange nicht anderweitig angegeben.
„Im Wesentlichen“ bedeutet mehr oder weniger passend zu einer bestimmten Dimension, einem Bereich, Form, Konzept oder anderen durch den Begriff modifizierten Aspekt, so dass ein Merkmal oder Komponente nicht exakt passend sein muss. Zum Beispiel bedeutet ein „im Wesentlichen zylindrisches“ Objekt, dass das Objekt einem Zylinder ähnelt, aber eine oder mehrere Abweichungen von einem wahren Zylinder haben kann.
„Umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ (und deren Beugungen) werden austauschbar verwendet, die Bedeutung enthaltend aber nicht notwendig begrenzt auf, und sie sind offenendige Begriffe, die zusätzliche ungenannte Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließen sollen.
„AKA“ bedeutet „auch bekannt als“ und kann benutzt werden, um einen alternativen oder entsprechenden Begriff für ein gegebenes Element oder Elemente anzugeben.
Begriffe wie etwa „erster“, „zweiter“ und „dritter“ werden dazu benutzt, verschiedene Elemente einer Gruppe oder dergleichen zu unterscheiden oder zu identifizieren und sollen keine serielle oder numerische Einschränkung aufzeigen.
Richtungsbegriffe wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ und dergleichen sollten im Kontext des jeweiligen beschriebenen Fahrzeugs verstanden werden.
„Prozesslogik“ kann jede geeignete Vorrichtung oder Hardware enthalten, die konfiguriert ist, um durch Ausführung von einer oder mehreren logischen und/oder Arithmetik-Operationen (Ausführung von codierten Anweisungen) Daten zu bearbeiten. Zum Beispiel kann eine Prozesslogik einen oder mehrere Prozessoren enthalten (zum Beispiel zentrale Prozessoreinheiten (CPUs) und/oder Graphik-Prozessoreinheiten (GPUs)), Mikroprozessoren, Cluster von Prozessorkernen, FPGAs (feldprogrammierbare Gate Arrays), künstliche (AI) Beschleuniger, digitale Signalprozessoren (DSPs) und/oder jede andere geeignete Kombination von Logik-Hardware.
„Gekoppelt“ bedeutet verbunden, entweder permanent oder lösbar, ob direkt oder indirekt durch zwischengeschaltete Komponenten, und nicht notwendigerweise auf physikalische Verbindung(en) beschränkt.
Überblick
Allgemein kann ein Steuersystem für elektrische Fahrzeuge gemäß den vorliegenden Lehren verbesserte Merkmale enthalten, um die Sicherheit und das Vergnügen eines Fahrers zu verbessern, während er versucht, das Fahrzeug zu stoppen und abzusteigen. Relevante Steuersysteme und Verfahren werden hierin als „rückwärts zum Absteigen“ bezeichnet und können in Kombination mit verschiedenen Fahrzeugen, Steuerungen und Systemen verwendet werden, wie sie unten beschrieben sind.
Aspekte der vorliegenden Steuersysteme können als Computerverfahren, Computersystem oder Computerprogrammprodukt verkörpert sein. Dementsprechend können Aspekte der vorliegenden Steuersysteme Prozesslogik enthalten und können die Form einer vollständigen Hardware-Ausführung einnehmen, einer vollständigen Software-Ausführung (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode und dergleichen) oder einer Ausführung, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die hierin alle allgemein als „Schaltung“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet sein können. Ferner können Aspekte der vorliegenden Steuersysteme die Form eines Computerprogrammprodukts einnehmen, das in einem computerlesbaren Medium (oder Medien) verkörpert ist, auf dem computerlesbare Programmcode/Anweisungen verkörpert sind.
Es kann eine beliebige Kombination von computerlesbaren Medien verwendet werden. Computerlesbare Medien können ein computerlesbares Signalmedium und/oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein computerlesbares Speichermedium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- und/oder Halbleitersystem, -vorrichtung oder -gerät sein, oder eine beliebige Kombination von diesen. Spezifischere Beispiele eines Computerlesbaren Speichermediums können die folgenden enthalten: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Kabeln, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), eine Optikfaser, einen tragbaren Compact-Disk-Festwertspeicher (CD-ROM), eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung und/oder jede geeignete Kombination dieser und/oder dergleichen. Im Kontext dieser Offenbarung kann ein computerlesbares Speichermedium ein beliebiges geeignetes nicht flüchtiges, berührbares Medium enthalten, das ein Programm zu Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Vorrichtung oder einem Gerät enthalten oder speichern kann.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein weitergeleitetes Datensignal enthalten, in dem ein computerlesbarer Programmcode verkörpert ist, z.B. in einem Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein solches weitergeleitetes Signal kann beliebige verschiedene Formen einnehmen, einschließlich aber nicht beschränkt auf elektromagnetisch, optisch und/oder eine beliebige geeignete Kombination davon. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein beliebiges computerlesbares Medium enthalten, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das in der Lage ist, ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Vorrichtung oder einem Gerät zu kommunizieren, weiterzuleiten oder zu transportieren.
Der auf einem computerlesbaren Medium verkörperte Programmcode kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf drahtlos, verkabelt, Optikfaserkabel, HF und/oder dergleichen und/oder eine beliebige geeignete Kombination von diesen.
Ein Computerprogrammcode zur Ausführung von Operationen für Aspekte der vorliegenden Steuersysteme kann in einer oder einer beliebigen Kombination von Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache wie etwa Java, C++ und/oder dergleichen, und konventionellen prozeduralen Programmiersprachen wie etwa C. Mobile Apps können mittels einer beliebigen geeigneten Sprache entwickelt werden, einschließlich den zuvor erwähnten, sowie auch Objective-C, Swift, C#, HTML5 und dergleichen. Der Programmcode kann vollständig auf einem Benutzercomputer, teilweise auf dem Benutzercomputer oder als alleinstehende Softwarepackung ausgeführt werden, teilweise auf dem Benutzercomputer und teilweise auf einem entfernten Computer, oder vollständig auf dem entfernten Computer oder Server. Im letzteren Szenario kann der entfernte Computer mit dem Benutzercomputer durch einen beliebigen Typ von Netzwerk verbunden sein, einschließlich Local Area Network (LAN) oder Wide Area Network (WAN) und/oder kann die Verbindung zu einem externen Computer erfolgen (z.B. durch das Internet mittels eines Internet Service Providers).
Aspekte der vorliegenden Steuersysteme werden nachfolgend in Bezug auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen, Systemen und/oder Computerprogrammprodukten beschrieben. Jeder Block und/oder Kombination von Blöcken in einem Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm kann durch Computerprogrammanweisungen implementiert werden. Die Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Mehrzweckcomputers, eines Sonderzweckcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zugeführt werden, um eine Maschine herzustellen, sodass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder die programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel erzeugen, um die Funktionen/Wirkungen zu implementieren, die in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm in Block/Blöcken spezifiziert sind. In einigen Beispielen können maschinenlesbare Anweisungen auf eine programmierbare Logikvorrichtung programmiert werden, wie etwa ein feldprogrammierbares Gate Array (FPGA).
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert werden, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder andere Vorrichtung anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu fungieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand produzieren, der Anweisungen enthält, die die Funktion/Wirkung implementieren, die in dem Flussdiagramm und/oder dem Blockdiagramm-Block/Blöcken spezifiziert ist.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder eine andere Vorrichtung geladen werden, um eine Serie von Operationsschritten hervorzurufen, die an der Vorrichtung durchzuführen sind, um einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, so dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Prozesse zum Implementieren der Funktionen/Wirkungen liefern, die in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm-Block/Blöcken spezifiziert sind.
Jedes Flussdiagramm und/oder Blockdiagramm in den Zeichnungen dient dazu, die Architektur, Funktionalität und/oder den Betrieb möglicher Implementierungen der Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß Aspekten der vorliegenden Steuersysteme zu illustrieren. In dieser Hinsicht kann jeder Block ein Modul, Segment oder einen Code-Abschnitt repräsentieren, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) aufweist. In einigen Implementierungen könnten die in dem Block angegebenen Funktionen außerhalb der in den Zeichnungen angegebenen Reihenfolge auftreten. Zum Beispiel können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke in der Art im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder könnten die Blöcke manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, in Abhängigkeit von der involvierten Funktionalität. Jeder Block und/oder Kombination von Blöcken kann durch Sonderzweck Hardware-basierte System (oder Kombinationen von Sonderzweck-Hardware und Computeranweisungen) implementiert werden, die die spezifizierten Funktionen oder Wirkungen durchführen.
Beispiele, Komponenten und Alternativen
Die folgenden Abschnitte beschreiben ausgewählte Aspekte beispielhafter elektrischer Fahrzeuge und/oder Motorsteuersysteme dafür, sowie auch verwandte Systeme und/oder Verfahren. Die Beispiele in diesen Abschnitten dienen zur Illustration und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie den gesamten Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken. Jeder Abschnitt kann eine oder mehrere gesonderten Ausführungen oder Beispiele enthalten, und/oder kontextuelle und/oder verwandte Information, Funktion und/oder Struktur.
Illustratives Fahrzeug
1 zeigt ein illustratives elektrisches Fahrzeug 10, das zur Verwendung mit einem Rückwärts-zum-Absteigen-Steuersystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung geeignet sein kann. Es können auch andere elektrische Fahrzeuge geeignet sein.
Das Fahrzeug 10 ist ein einrädriges, selbststabilisierendes Skateboard, im Wesentlichen ähnlich den elektrischen Fahrzeugen, die im US-Patent Nr. 9,101,817 (das '817 Patent) beschrieben sind, das hierin insgesamt für alle Zwecke mit aufgenommen wird. Dementsprechend enthält das Fahrzeug 10 ein Brett 12 (AKA neigbarer Abschnitt des Fahrzeugs) mit einem Rahmen 14, der einen ersten Deckabschnitt 16 und einen zweiten Deckabschnitt 18 trägt. Jeder Deckabschnitt 16, 18 ist konfiguriert, um einen linken oder rechten Fuß eines Fahrers aufzunehmen, der allgemein orthogonal zur Fahrtrichtung des Bretts orientiert ist (siehe 2), wobei die Fahrtrichtung allgemein mit 20 angegeben ist.
Das Fahrzeug 10 enthält auch eine Radanordnung 22. Die Radanordnung 22 enthält ein drehbares Bodenkontaktelement 24 (z.B. Reifen, Rad oder kontinuierliche Spur), das zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten 16, 18 angeordnet ist und sich über diese erstreckt, sowie einen Nabenmotor 26, der konfiguriert ist, um das Bodenkontaktelement 24 zu drehen, um das Fahrzeug voranzutreiben. Wie in 1 gezeigt, kann das Fahrzeug 10 exakt ein Bodenkontaktelement enthalten.
Der Rahmen 14 kann eine beliebige geeignete Struktur enthalten, die konfiguriert ist, um die Deckabschnitte starr zu tragen und mit einer Achse der Radanordnung gekoppelt zu werden, so dass das Gewicht eines Fahrers auf dem neigbaren Brett 12 mit einer Stütze an der Radanordnungsachse getragen werden kann. Der Rahmen 14 kann ein oder mehrere Rahmenelemente 28 enthalten, auf denen die Deckabschnitte 16 und 18 angebracht werden können, und die ferner zusätzliche Elemente und Merkmale des Fahrzeugs tragen können, wie etwa einen Ladeanschluss 30, einen Endstoßfänger 32, 34, sowie Beleuchtungsanordnung, Batterie und elektrische Systeme, Elektronik, Controller und dergleichen (siehe z.B. 5-6 und entsprechende Beschreibung).
Die Deckabschnitte 16, 18 können beliebige geeignete Strukturen enthalten, die konfiguriert sind, um die Füße eines Fahrers zu tragen, wie etwa rutschmindernde Oberflächen, sowie auch Fahrzeugsteuermerkmale, wie etwa ein Fahrerdetektionssystem. In einigen Beispielen enthält das Fahrerdetektionssystem ein Dehnungsmesser-Fahrerdetektionssystem. Illustrative Deckabschnitte, einschließlich anderen geeigneten Fahrerdetektionssystemen, sind im '817 Patent beschrieben, sowie auch im US-Patent Nr. 9,452,345 , die insgesamt hiermit für alle Zwecke aufgenommen wird.
Eine Welle 36 eines Achsabschnitts des Nabenmotors 26 ist mit dem Rahmen 14 gekoppelt, wie in 1 gezeigt. Zum Beispiel kann die Welle direkt am Rahmen 14 angebracht sein oder kann mit dem Rahmen durch einen Verbindungs- oder Lagerblock 40 gekoppelt sein (auch als Achslager bezeichnet). Die Welle 36 kann an dem Lagerblock 40 gebolzt oder anderweitig fixiert sein, der wiederum an den Rahmen 14 gebolzt oder fixiert sein kann (z.B. mit Bolzen 42, 44). In dem Rahmen 14 kann ein Durchgangsloch 46 vorgesehen sein, für den Zugang zur Verbindung der Welle 36 mit dem Block 40.
Die 2-4 zeigen ein anderes Beispiel eines mit 100 bezeichneten selbstbalancierenden elektrischen Fahrzeugs, das dem Fahrzeug 10 im Wesentlichen ähnlich ist. Das Fahrzeug 100 enthält ein Brett (oder Fußdeck, oder Rahmen oder Plattform) 104 mit einer Öffnung 108 zur Aufnahme einer Radanordnung 112 zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten (oder Fußtritten) 116, 120. Die ersten und zweiten Deckabschnitte 116, 120 können aus dem gleichen physischen Stück bestehen, oder sie können separate Stücke sein. Die ersten und zweiten Deckabschnitte 116, 120 können in dem Brett 104 enthalten sein. Die ersten und zweiten Deckabschnitte 116, 120 sind jeweils konfiguriert, um einen Fahrerfuß zu tragen. Zum Beispiel können die ersten und zweiten Deckabschnitte 116, 120 jeweils konfiguriert sein, um einen linken oder einen rechten Fuß des Fahrers aufzunehmen.
Das Brett/der Rahmen 104 kann eine Ebene definieren. Der erste Deckabschnitt 116 ist an dem Rahmen 104 angebracht und konfiguriert, um einen ersten Fuß des Fahrers zu tragen. Der zweite Deckabschnitt 120 ist an dem Rahmen 104 angebracht und konfiguriert, um einen zweiten Fuß des Fahrers zu tragen.
Die Radanordnung 112 ist zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten 116, 120 angeordnet. Die ersten und zweiten Deckabschnitte 116, 120 können an entgegengesetzten Seiten der Radanordnung 112 angeordnet sein, wobei das Brett 104 ähnlich einem Skateboard dimensioniert sein kann. In anderen Ausführungen kann das Brett einem Longboard-Skateboard, Snowboard, Surfboard ähnlich sein oder kann anderweitig gewünscht dimensioniert sein. In einigen Beispielen können Deckabschnitte 116, 120 des Bretts 104 mit rutschmindernden Materialabschnitten 124, 128 (z.B. „Grip Tape“) bedeckt sein, um bei der Fahrersteuerung zu helfen.
Die Radanordnung 112 enthält ein Bodenkontaktelement (z.B. einen Reifen, ein Rad oder eine kontinuierliche Spur) 132. Wie gezeigt, enthält das Fahrzeug 100 exakt ein Bodenkontaktelement 132, und das exakt eine Bodenkontaktelement ist zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten 116, 120 angeordnet. Das Bodenkontaktelement 132 ist mit einer Motoranordnung 136 gekoppelt. Die Motoranordnung 136 ist an dem Brett 104 angebracht. Die Motoranordnung 136 enthält eine Achse 140, die mit dem Brett 104 durch ein oder mehrere Achslager und ein oder mehrere Befestigungselemente gekoppelt ist, wie etwa mehrere Bolzen. Die Motoranordnung 136 kann konfiguriert sein, um das Bodenkontaktelement 132 um die Achse 140 herum (oder um diese) zu drehen, um das Fahrzeug 100 voranzutreiben. Zum Beispiel kann die Motoranordnung 136 einen Elektromotor wie etwa einen Nabenmotor 144 enthalten, der konfiguriert ist, um das Bodenkontaktelement 132 um die Achse 140 herum zu drehen, um das Fahrzeug 100 entlang dem Boden voranzutreiben.
Das Fahrzeug 100 hat eine Nickachse A1, eine Wankachse A2 und eine Gierachse A3 (siehe 2). Die Nickachse A1 ist eine Achse, um die der Reifen 132 durch die Motoranordnung 136 gedreht wird. Zum Beispiel kann die Nickachse A1 durch die Achse 140 hindurchgehen (z.B. an die Nickachse A1 parallel zu der Längsrichtung der Achse 140 sein und mit dieser fluchten). Die Wankachse A2 ist orthogonal zur Nickachse A1 und kann sich im Wesentlichen in einer Richtung erstrecken, in der das Fahrzeug 100 durch die Motoranordnung 136 angetrieben werden kann. Zum Beispiel kann sich die Wankachse A2 in Längsrichtung dem Brett 104 erstrecken. Die Gierachse A3 ist orthogonal zur Nickachse A1 und zur Wankachse A2. Zum Beispiel kann die Gierachse A3 normal zu einer durch die Deckabschnitte 116, 120 definierten Ebene sein, wie in 2 gezeigt.
Das Rad 132 kann an dem Rahmen 104 zwischen den Deckabschnitten 116, 120 angebracht sein und kann sich über und unter die durch den Rahmen 104 definierte Ebene erstrecken. Das Rad 132 kann konfiguriert sein, um sich um eine Achse (z.B. Nickachse A1) zu drehen, die in der Ebene liegt. Darüber hinaus kann die Wankachse A2 in der Ebene liegen, die durch den Rahmen 104 definiert ist. In einigen Ausführungen können die Nick- und Wankachsen die Ebene definieren.
Der Reifen 132 kann in der Fersen-Zehen-Richtung (z.B. in Richtung parallel zur Nickachse A1) breit genug sein, so dass der Fahrer mittels seiner oder ihrer eigenen Balance in der Fersen-Zehen-Richtung balancieren kann. Der Reifen 132 kann schlauchlos sein oder kann mit einem Innenschlauch verwendet werden. Der Reifen 132 kann ein nicht-pneumatischer Reifen sein. Zum Beispiel kann der Reifen 132 „luftlos“ sein, massiv und/oder aus Schaum hergestellt sein. Der Reifen 132 kann ein Profil haben, so dass der Fahrer durch Fersen- und/oder Zehendruck das Fahrzeug 100 über einen Rand des Reifens 132 lehnen kann (und/oder das Brett um die Wankachse A2 und/oder Gierachse A3 neigen), um mit dem Fahrzeug 100 eine Kurve zu fahren.
Der Nabenmotor 144 kann innerhalb des Reifens (oder Rad) 132 angebracht sein und kann ein internes Getriebe haben oder kann direktantreibend sein. Die Verwendung eines Nabenmotors kann Ketten und Riemen erübrigen und kann einen Formfaktor ermöglichen, der die Manövrierbarkeit, die Gewichtsverteilung und die Ästhetik wesentlich verbessert. Das Anbringen des Reifens 132 auf dem Nabenmotor 144 kann entweder durch eine geteilte Felgenkonstruktion erzielt werden, die Nabenadapter verwenden kann, die an dem Nabenmotor 144 gebolzt sein können, oder durch Gießen eines Gehäuses des Nabenmotors derart, dass er Montageflange für einen Reifenwulst direkt auf dem Gehäuse des Nabenmotors vorsieht.
Unter fortlaufendem Bezug auf die 2-3 kann ein erster Gleitbelag 208 in ein erstes Ende dem Brett 104 nächst dem ersten Deckabschnitt 116 integriert (oder damit verbunden) sein, und kann ein zweiter Gleitbelag 212 in ein zweites Ende des Bretts 104 nächst dem zweiten Deckabschnitt 120 integriert (oder damit verbunden sein). Die Gleitbeläge 208, 212 können austauschbar und/oder selektiv entfernbar sein. Zum Beispiel können die Gleitbeläge austauschbare Polymerteile oder Komponenten enthalten. In einigen Ausführungen können die Gleitbeläge konfiguriert sein, um dem Fahrer zu erlauben, das Fahrzeug 100 in einer gewinkelten Orientierung zu einem Stopp zu bringen, indem zum Beispiel ein Ende des Boards gegen den Boden gedrückt wird, nachdem der Fahrer seinen Fuß von einer Fahrerdetektionsvorrichtung oder einem Schalter entfernt, wie nachfolgend im näheren Detail beschrieben wird. Der jeweilige Gleitbelag kann durch Abrasion mit der Oberfläche des Bodens verschleißen, wenn dieses Ende des Boards gegen den Boden gestellt wird (oder damit in Kontakt gebracht wird).
Das Fahrzeug 100 kann einen oder mehrere Seitengleitbeläge enthalten, die konfiguriert sind, um den Lack oder das andere Finish des Bretts 104 zu schützen und/oder das Fahrzeug 100 anderweitig zu schützen, wenn zum Beispiel das Fahrzeug 100 auf seine Seite kippt oder an seiner Seite entlang dem Boden gleitet. Zum Beispiel können das eine oder die mehreren Seitengleitbeläge mit einer oder mehreren entgegengesetzten Längsseiten des Bretts entfernbar verbunden sein (sich zum Beispiel im Wesentlichen parallel zur Wankachse erstrecken). 2 zeigt einen ersten Seitengleitbelag 216, der mit einer ersten Längsseite 104a des Bretts 104 verbunden ist. In 3 ist der Seitengleitbelag 216 von der ersten Längsseite 104a entfernt worden. Ein zweiter Seitengleitbelag (nicht gezeigt) kann ähnlich mit einer zweiten Längsseite 104b (siehe 3) des Bretts 104 gegenüber der Längsseite 104a entfernbar verbunden sein. Die Seitengleitbeläge können in das elektrische Fahrzeug als eines oder mehrere entfernbare Teile oder Komponenten eingebaut sein und/oder austauschbare Polymerteile oder Komponenten enthalten.
Eine entfernbare Verbindung der Gleitbeläge und/oder der Seitengleitbeläge an dem Brett können den Fahrer (oder anderen Benutzer) in die Lage versetzen, eines oder mehrere dieser Beläge selektiv zu entfernen, die mit Abrasion verschlissen wurden, und/oder den oder die verschlissenen Beläge gegen einen oder mehrere Ersatzbeläge zu ersetzen.
Wie in 3 gezeigt, kann das Fahrzeug 100 einen Griff 220 enthalten. Der Griff 220 kann an einer Unterseite 104c des Bretts 104 angeordnet sein. Der Griff 220 kann in ein Gehäuse oder eine Hülle von einer oder mehreren der elektrischen Komponenten integriert sein.
In einigen Ausführungen kann der Griff 220 zwischen EIN und AUS-Positionen bedienbar sein. Zum Beispiel kann der Griff 220 mit dem Brett 104 schwenkbar verbunden sein, wobei die EIN-Position dem entspricht, dass der Griff 220 mit der Unterseite 104c des Bretts 104 im Wesentlichen fluchtet, und die AUS-Position dem entspricht, dass der Griff 220 von der Unterseite 104 weg verschwenkt oder geklappt ist, so dass der Griff 220 von dem Deckabschnitt 120 weg vorsteht.
Das Fahrzeug 100 kann einen beliebigen geeigneten Mechanismus, Vorrichtung oder Struktur enthalten, um den Griff 220 von der EIN-Position zu lösen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 100 einen Sperrmechanismus 224 enthalten, der konfiguriert ist, um den Griff 220 zum Betätigen zwischen einem VERRIEGELTEN Zustand, der dem entspricht, dass eine Bewegung des Griffs 220 von der EIN-Position zur AUS-Position verhindert wird, und einem ENTRIEGELTEN Zustand, der dem entspricht, dass dem Griff 220 erlaubt wird, um sich von EIN-Position zur AUS-Position zu bewegen. In einigen Ausführungen kann der Fahrer auf den Sperrmechanismus 224 drücken, um den Griff von dem VERRIEGELTEN Zustand zu dem ENTRIEGELTEN Zustand zu betätigen. Der Fahrer kann den Griff 220 von der EIN-Position zur AUS-Position manuell bewegen. Der Fahrer kann den Griff 220 ergreifen, das Fahrzeug 100 vom Boden abheben und das Fahrzeug 100 von einem Ort zum anderen tragen.
In einigen Ausführungen kann der Griff 220 einen Spannmechanismus enthalten, wie etwa eine Feder, die den Griff 220 automatisch zur AUS-Position drückt, wenn der zum ENTRIEGELTEN Zustand betätigt wird. In einigen Ausführungen kann der Sperrmechanismus 224 konfiguriert sein, um den Griff 220 in der AUS-Position selektiv zu sperren.
Das Fahrzeug 100 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung, Gerät, Mechanismus und/oder Struktur enthalten, um zu verhindern, dass Wasser, Schmutz oder anderer Straßenschmutz durch das Bodenkontaktelement zum Fahrer übertragen wird. Zum Beispiel kann, wie in 2 gezeigt, das Fahrzeug 100 erste und zweite Teilschutzabschnitte 228, 232 enthalten. Der Abschnitt 228 ist mit dem ersten Deckabschnitt 116 gekoppelt gezeigt, und der Abschnitt 232 ist mit dem zweiten Deckabschnitt 120 gekoppelt gezeigt. Der Abschnitt 228 kann verhindern, dass Schmutz von dem Reifen 132 zu einem Teil des Fahrers überführt wird, der auf oder benachbart dem Deckabschnitt 116 positioniert ist, wie etwa dann, wenn der Reifen 132 um die Nickachse A1 in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird. Der Abschnitt 232 kann verhindern, dass Schmutz von dem Reifen 132 zu einem Teil des Fahrers übertragen wird, der an oder benachbart dem Deckabschnitt 120 angeordnet ist, wie etwa dann, wenn sich der Reifen 132 um die Nickachse A1 in Uhrzeigerrichtung herum dreht.
Zusätzlich und/oder alternativ kann das Fahrzeug 100 eine Vollabdeckung (nicht gezeigt) enthalten. Eine Vollabdeckung kann konfiguriert sein, um die Übertragung von Schmutz von dem Bodenkontaktelement zum Fahrer zu verhindern. Eine Vollabdeckung und/oder Abdeckungsabschnitte 228, 232 können an zumindest einem der Deckabschnitte 116, 120 angebracht sein und konfiguriert sein, um zu verhindern, dass vom Rad 132 durchquertes Wasser auf den Fahrer spritzt. Eine geeignete Abdeckung kann an einem oder beiden Deckabschnitten 116, 120 angebracht sein und kann das Rad 132 vom Fahrer im Wesentlichen vollständig trennen.
Die Abdeckungen können eine elastische Abdeckung enthalten. Zum Beispiel können die Abdeckungen eine Lage aus im Wesentlichen flexiblem oder elastischem Material enthalten (oder sein), wie etwa Plastik. Eine erste Seite des elastischen Materials kann mit dem Deckabschnitt 116 (oder dem Brett 104 nächst dem Deckabschnitt 116) gekoppelt sein, und eine zweite Seite des elastischen Materials kann mit dem Deckabschnitt 120 (oder dem Brett 104 nächst dem Deckabschnitt 120) gekoppelt sein.
Wie in 3 und 5 angegeben, können die eine oder mehreren elektrischen Komponenten des Fahrzeugs 100 eine Stromversorgung 250, einen Motorcontroller 254, eine Fahrerdetektionsvorrichtung 262, einen Stromschalter 266 und einen Ladestecker 268 enthalten. Die Stromversorgung 250 kann eine oder mehrere Batterien (z.B. wieder aufladbare Batterien) enthalten, die wieder aufladbar sind, wie etwa eine oder mehrere Lithiumbatterien, die ein relativ geringes Gewicht haben und eine relativ hohe Leistungsdichte haben. In einigen Beispielen kann die Stromversorgung 250 eine oder mehrere Lithium-Eisenphosphatbatterien, eine oder mehrere Lithium-Polymerbatterien, eine oder mehrere Lithium-Kobaltbatterien, eine oder mehrere Lithium-Manganbatterien oder eine Kombination davon enthalten. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 250 sechzehn (16) A123 Lithium-Ionen-Phosphatbatterien enthalten (z.B. Größe 26650). Die Batterien der Stromversorgung 250 können in einer 16S1P Konfiguration angeordnet sein. Ein Mikrocontroller 269 und/oder einer oder mehrere Sensoren (oder zumindest ein Sensor) 270 können in dem Motorcontroller 254 enthalten und/oder damit verbunden sein (siehe 4). Zumindest einer der Sensoren 270 kann konfiguriert sein, um Orientierungsinformation (oder eine Orientierung) des Bretts 104 zu messen. Zum Beispiel können die Sensoren 270 konfiguriert sein, um eine Bewegung des Bretts 104 um oder entlang den Nick-, Wank- und/oder Gierachsen zu sensieren. Der Motor kann konfiguriert sein, um basierend auf der Orientierung des Bretts 104 eine Drehung des Rads 132 zu veranlassen. Insbesondere kann der Motorcontroller 254 konfiguriert sein, um Orientierungsinformation zu empfangen, die von dem zumindest einen Sensor der Sensoren 270 gemessen wird, und zu veranlassen, dass die Motoranordnung 254 das elektrische Fahrzeug basierend auf der Orientierungsinformation antreibt. Zum Beispiel kann der Motorcontroller 254 konfiguriert sein, um den Nabenmotor 144 basierend auf empfangener sensierter Bewegung des Bretts 104 von den Sensoren 270 über den Mikrocontroller 269 anzutreiben, um das Fahrzeug 100 voranzutreiben und/oder aktiv auszubalancieren.
Eine oder mehrere der elektrischen Komponenten können in das Brett 104 integriert sein. Zum Beispiel kann das Brett 104 eine erste Umgebungshülle enthalten, die die Stromversorgung 250 aufnehmen kann, sowie eine zweite Umgebungshülle, die den Motorcontroller 254 und die Fahrerdetektionsvorrichtung 262 aufnehmen kann. Die Umgebungshüllen können die eine oder mehreren elektrischen Komponenten vor Beschädigung, wie etwa durch Wassereintritt schützen.
Das Fahrzeug 100 kann eine oder mehrere Beleuchtungsanordnungen enthalten, wie etwa eine oder mehrere Frontleuchten und/oder Heckleuchtenanordnungen. Zum Beispiel kann eine erste Frontleuchten/Heckleuchtenanordnung (oder erste Leuchtenanordnung) 272 auf oder an einem ersten Endabschnitt des Bretts 104 angeordnet (und/oder damit verbunden) sein (zum Beispiel an einem distalen Endabschnitt des ersten Deckabschnitts 116), und kann eine zweite Frontleuchten/Heckleuchtenanordnung 276 auf oder an einem zweiten Endabschnitt des Bretts 104 angeordnet (und/oder damit verbunden) sein (z.B. an einem distalen Endabschnitt des zweiten Deckabschnitts 120). Der zweite Endabschnitt des Bretts 104 kann dem ersten Endabschnitt entgegengesetzt sein.
Die Frontleuchten/Heckleuchtenanordnungen 272, 276 können konfiguriert sein, um das Fahrzeug 100 reversibel zu beleuchten. Zum Beispiel können die Anordnungen 272, 276 durch Farbwechsel die Richtung angeben, in der sich das Fahrzeug 100 bewegt. Zum Beispiel können die Frontleuchten/Heckleuchtenanordnungen eine oder mehrere rote und weiße Hochleistungs-LEDs (oder eine oder mehrere andere geeignete Leuchtmittel) 278 enthalten, die konfiguriert sind, um Daten von dem Mikrocontroller 269 (und/oder einem Nicksensor oder -sensoren 270, wie etwa einem 3-Achsen-Gyro 280) zu empfangen und basierend auf der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 100, die Farbe von rot zu weiß zu wechseln (oder von weiß zu rot oder von einer ersten Farbe zu einer zweiten Farbe), wobei weiße LEDs (oder eine erste Farbe) in der Bewegungsrichtung scheint und rote LEDs (oder eine zweite Farbe) nach hinten scheint (zum Beispiel entgegengesetzte Bewegungsrichtung). Zum Beispiel können eine oder mehrere der Frontleuchten/Heckleuchtenanordnungen (z.B. ihre jeweiligen Leuchtmittel) mit dem Mikrocontroller 269 über einen LED-Treiber verbunden sein, der in dem Motorcontroller 254 enthalten oder mit diesem gekoppelt sein kann. In einigen Ausführungen können die Leuchtmittel RGB/RGBW LEDs enthalten.
Die Leuchtmittel 278 können in den Gleitbelägen 208, 212 angeordnet sein und/oder von diesen geschützt werden, wie in 3 gezeigt. Zum Beispiel können die Gleitbeläge 208, 212 jeweilige Öffnungen 286, 290 enthalten. Die Leuchtmittel 278 können in den jeweiligen Öffnungen 286, 290 angeordnet sein und durch diese hindurchscheinen. Die Öffnungen 286, 290 können dimensioniert sein, um zu verhindern, dass die Leuchtmittel 278 den Boden kontaktieren. Zum Beispiel können die Öffnungen 286, 290 jeweils eine Tiefe haben, die größer ist als eine Höhe der Leuchtmittel 278. In einigen Ausführungen können die Leuchtmittel von dem zugeordneten Gleitbelag trennbar sein, so dass die Gleitbeläge entfernt werden können, ohne die Leuchtmittel zu entfernen.
Wie in 3 gezeigt, sind der erste Gleitbelag 208 und ein erstes Leuchtmittel 278 an einem distalen Ende des ersten Deckabschnitts 116 angeordnet, und sind ein zweiter Gleitbelag 212 und ein zweites Leuchtmittel 278 an einem distalen Ende des zweiten Deckabschnitts 120 angeordnet. Jeder der Gleitbeläge kann eine Öffnung enthalten (z.B. kann der Gleitbelag 208 eine Öffnung 286 enthalten und kann der Gleitbelag 212 eine Öffnung 290 enthalten, wie oben erwähnt), die konfiguriert ist, um zu erlauben, dass Licht von entsprechenden Leuchtmittel durchscheint, während verhindert wird, dass das Leuchtmittel den Boden kontaktiert.
Illustrative elektrische Steuerungen
5 zeigt ein Blockdiagramm verschiedener illustrativer elektrischer Komponenten des Fahrzeugs 10 oder 100, einschließlich Onboard-Steuerungen, von denen einige oder alle in dem Fahrzeug enthalten sein können. Der Einfachheit halber wird nachfolgend auf das Fahrzeug 10 manchmal unter dem Verständnis Bezug genommen, dass ähnliche oder identische Komponenten an dem Fahrzeug 100 und anderen vorhanden sein können. Siehe 5 für die entsprechenden Bezugszahlen von Abschnitt A.
Die elektrischen Komponenten können ein Stromversorgungsmanagementsystem 400, einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom (DC/DC) Wandler 404, eine bürstenlose Gleichstrom (BLDC) Treiberlogik 406, eine Leistungsstufe 410, einen oder mehrere 3-Achsen-Beschleunigungsmesser 414, einen oder mehrere Hall-Sensoren 418, und/oder einen Motortemperatursensor 422 enthalten. Der DC/DC Wandler 404, die BLDC Treiberlogik 406 und die Leistungsstufe 410 können in dem Motorcontroller 454 enthalten und/oder damit gekoppelt sein. In den Sensoren 270 kann ein oder können mehrere Beschleunigungsmesser 414 enthalten sein.
Eine aktive Balancierung (oder Eigenstabilisierung) des elektrischen Fahrzeugs kann durch die Verwendung einer Rückkopplungsregelungsschleife oder eines solchen Mechanismus erzielt werden. Der Rückkopplungsregelungsmechanismus kann Sensoren 426 enthalten, die mit dem Motor 454 elektrisch gekoppelt und/oder in diesem enthalten sein können. Bevorzugt enthält der Rückkopplungsregelungsmechanismus ein proportional-integral-differentielles (PID) Regelungsschema, das einen oder mehrere Gyros 428 und einen oder mehrere Beschleunigungsmesser (z.B. Beschleunigungsmesser 414) verwendet. Der Gyro 428 kann konfiguriert sein, um ein Verschwenken des Fußdecks um seine Nickachse herum zu messen. Der Gyro 428 und der Beschleunigungsmesser 414 können gemeinsam konfiguriert sein, um einen Neigungswinkel des Bretts 12 zu schätzen (oder zu messen oder zu sensieren), etwa eine Orientierung des Fußdecks um die Nick-, Wank- und/oder Rollachsen. In einigen Ausführungen kann der Gyro und Beschleunigungsmesser 414 gemeinsam konfiguriert sein, um Orientierungsinformation zu sensieren, die ausreichen, um den Neigungswinkel des Rahmens 14 einschließlich ein Schwenken um die Nick-, Wank- und/Oder Rollachsen zu schätzen.
Wie oben erwähnt, kann die Orientierungsinformation des Bretts 12 vom Gyro 428 und Beschleunigungsmesser 414 gemessen (oder sensiert) werden. Die jeweiligen Messungen (oder Sensorsignale) von dem Gyro 428 und Beschleunigungsmesser 414 können mittels eines komplementären oder Kalmanfilters kombiniert werden, um einen Neigungswinkel des Bretts 12 zu schätzen (z.B. Neigen des Bretts 12 um die Nick-, Wank- und/oder Rollachsen, wobei das Neigen um die Nickachse einem Nickwinkel (um die Achse 140 oder 36) entspricht, das Neigen um die Wankachse einem Wank- oder Fersen-Zehen-Winkel entspricht und das Neigen um die Gierachse einem Seite-zu-Seite-Gierwinkel entspricht), während Stöße von Buckeln, Straßenprofil und Störungen aufgrund von Lenkeingaben ausgefiltert werden. Zum Beispiel können der Gyro 428 und der Beschleunigungsmesser 414 mit dem Mikrocontroller 430 verbunden sein, der konfiguriert sein kann, um dementsprechend eine Bewegung des Bretts 104 um und entlang den Nick-, Wank- und/oder Gierachsen zu messen.
Alternativ kann das elektrische Fahrzeug einen beliebigen geeigneten Sensor und eine Rückkopplungsregelungsschleife enthalten, die konfiguriert sind, um ein Fahrzeug selbst zu stabilisieren, wie etwa ein einachsiger Gyro, der konfiguriert ist, um ein Verschwenken des Bretts um die Nickachse zu messen, ein einachsiger Beschleunigungsmesser, der konfiguriert ist, um einen Schwerkraftvektor zu messen und/oder jede andere geeignete Rückkopplungsregelungsschleife, wie etwa eine geschlossenschleifige Transferfunktion. Zusätzliche Beschleunigungsmesser- und Gyroachsen können eine verbesserte Leistung und Funktionalität erlauben, wie etwa Detektieren, ob das Brett über seine Seite gerollt ist oder ob der Fahrer eine Kurve macht.
Die Rückkopplungsregelungsschleife kann konfiguriert sein, um den Motor 26 anzutreiben, um einen Winkel des Bretts 12 in Bezug auf den Boden zu verkleinern. Wenn zum Beispiel ein Fahrer das Brett 12 nach unten kippen möchte, so dass der erste Deckabschnitt 16 „niedriger“ wird als der zweite Deckabschnitt 18 (z.B. wenn der Fahrer das Brett 12 um die Achse 34 in 1 im Gegenuhrzeigersinn (CCW) geneigt hat), dann könnte die Rückkopplungsschleife den Motor 26 antreiben, um eine CCW-Drehung des Reifens 24 um die Nickachse (d.h. Achse 36) und eine uhrzeigersinnige Kraft an dem Brett 12 hervorzurufen.
Somit kann eine Bewegung des elektrischen Fahrzeugs erzielt werden, indem der Fahrer sein oder ihr Gewicht zu einem gewählten (z.B. „vorderen“) Fuß lehnt. Ähnlich kann eine Verzögerung erreicht werden, indem sich der Fahrer zum anderen (z.B. „hinteren“) Fuß lehnt. Es kann eine regenerative Bremsung genutzt werden, um das Fahrzeug zu verlangsamen, wie nachfolgend weiter diskutiert. Ein Dauerbetrieb kann in jeder Richtung erreicht werden, indem sich der Fahrer dauernd zu einem gewählten Fuß hin lehnt.
Wie in 5 angegeben, kann der Mikrocontroller 430 konfiguriert sein, um ein Signal zu einer bürstenlosen DC (BLDC) Treiberlogik 406 zu senden, die Information in Bezug auf die Orientierung und Bewegung des Bretts 12 kommunizieren kann. Die BLDC Treiberlogik 406 kann dann das Signal interpretieren und mit der Leistungsstufe 410 kommunizieren, um den Motor 26 entsprechend anzutreiben. Hall-Sensoren 418 können ein Signal zu der BLDC Treiberlogik senden, um eine Rückkopplung in Bezug auf eine im Wesentlichen momentane Drehzahl des Rotors des Motors 26 zu liefern. Ein Motortemperatursensor 422 kann konfiguriert sein, um eine Temperatur des Motors 26 zu messen und diese gemessene Temperatur zur Logik 406 zu senden. Die Logik 406 kann einen dem Motor 26 zugeführten Energiebetrag basierend auf der gemessenen Temperatur des Motors 26 begrenzen, um eine Überhitzung des Motors zu verhindern.
Es können bestimmte Modifikationen an der PID Schleife oder anderen geeigneten Rückkopplungsregelungsschleife eingebaut werden, um die Leistungsfähigkeit und Sicherheit des elektrischen Fahrzeugs zu verbessern. Zum Beispiel kann ein integrales Durchdrehen verhindert werden, indem ein maximaler Integrationswert begrenzt wird, und es kann eine Exponentialfunktion auf einen Nickfehlerwinkel angewendet werden (z.B. einen gemessenen oder geschätzten Nickwinkel des Bretts 12).
Alternativ oder zusätzlich können einige Ausführungen eine neuronale Netzwerksteuerung, Fuzzy-Steuerung, eine genetische Algorithmus-Steuerung, eine linear-quadratische Regelungssteuerung, eine zustandsabhängige Riccati Gleichung-Steuerung und/oder andere Steuer-Algorithmen enthalten. In einigen Ausführungen können absolute oder relative Codierer eingebaut sein, um eine Rückkopplung zur Motorposition zu liefern.
Während Kurvenfahrt kann der Nickwinkel durch den Fersen-Zehen-Winkel moduliert werden (z.B. Schwenken des Bretts um die Wankachse), was die Leistungsfähigkeit verbessern und verhindern kann, dass ein vorderer Innenrand des Bretts 104 den Boden berührt. In einigen Ausführungen kann die Rückkopplungsschleife konfiguriert sein, die Drehzahl des Reifens zu erhöhen, zu verringern, oder anderweitig zu modulieren, wenn das Brett um die Wank- und/oder Gierachsen herum verschwenkt wird. Diese Modulation der Drehzahl des Reifens kann eine erhöhte Normalkraft zwischen einem Abschnitt des Bretts und dem Fahrer ausüben und kann bei Kurvenfahrt dem Fahrer ein Gefühl von „Carving“ geben, ähnlich dem Gefühl vom Carven eines Snowboards durch Schnee oder eines Surfboards durch Wasser.
Sobald sich der Fahrer selbst auf dem Brett geeignet positioniert hat, kann die Regelungsschleife konfiguriert sein, nicht aktiv zu werden, bis der Fahrer das Brett in einer vorbestimmten Orientierung bewegt. Zum Beispiel kann in die Rückkopplungsregelungsschleife ein Algorithmus eingebaut sein, so dass die Regelungsschleife nicht aktiv ist (d.h. den Motor nicht antreibt), bis der Fahrer sein Gewicht nutzt, um das Brett bis zu einer angenähert ebenen Orientierung zu bringen (z.B. 0° Nickwinkel). Sobald diese vorbestimmte Orientierung detektiert wird, kann die Rückkopplungsregelungsschleife freigegeben (oder aktiviert) werden, um das elektrische Fahrzeug auszubalancieren und um einen Übergang des elektrischen Fahrzeugs von einem stationären Modus (oder Konfiguration oder Zustand oder Orientierung) zu einem Bewegungsmodus (oder Konfiguration oder Zustand oder Orientierung) zu erleichtern.
Unter fortlaufendem Bezug auf 5 können die verschiedenen elektrischen Komponenten konfiguriert sein, um die Stromversorgung 432 zu steuern. Zum Beispiel kann das Stromversorgungsmanagementsystem 400 ein Batteriemanagementsystem sein, das konfiguriert ist, um Batterien der Stromversorgung 432 vor Überladung, Überentladung und/oder Kurzschluss zu schützen. Das System 400 kann die Batteriegesundheit überwachen, kann einen Ladezustand in der Stromversorgung 432 überwachen und/oder kann die Sicherheit des Fahrzeugs erhöhen. Das Stromversorgungsmanagementsystem 400 kann zwischen einem Ladestecker 434 des Fahrzeugs kann zwischen einem Ladestecker 243468 des Fahrzeugs 10 und der Stromversorgung 432 angeschlossen sein. Der Fahrer (oder andere Benutzer) kann ein Ladegerät mit dem Stecker 434 koppeln und die Stromversorgung 432 über das System 400 wieder aufladen.
Im Betrieb kann der Stromschalter 436 (z.B. vom Fahrer) aktiviert werden. Die Aktivierung des Schalters 436 kann ein Strom-EIN-Signal zum Wandler 404 senden. In Antwort auf das Strom-EIN-Signal kann der Wandler 404 Gleichstrom von einem von der Stromversorgung 432 gelieferten ersten Spannungspegel zu einem oder mehreren anderen Spannungspegeln umwandeln. Die anderen Spannungspegel können anders sein als der erste Spannungspegel. Der Wandler 404 kann auch mit anderen elektrischen Komponenten über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse verbunden werden, um diese elektrischen Komponenten mit geeigneten Spannungen zu versorgen.
Der Wandler 404 (oder eine andere geeignete Schaltung) kann das Strom-EIN-Signal zum Mikrocontroller 430 senden. In Antwort auf das Strom-EIN-Signal kann der Mikrocontroller die Sensoren 426 und die Fahrerdetektionsvorrichtung 438 initialisieren.
Das elektrische Fahrzeug kann einen oder mehrere Sicherheitsmechanismen enthalten, wie etwa den Stromschalter 436 und/oder die Fahrerdetektionsvorrichtung 438, um sicherzustellen, dass sich der Fahrer auf dem Brett befindet, bevor die Rückkopplungsregelungsschleife eingreift. In einigen Ausführungen kann die Fahrerdetektionsvorrichtung 438 konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die Füße des Fahrers auf dem Fußdeck angeordnet sind und um ein Signal zu senden, das den Motor 26 veranlasst, in einen aktiven Zustand einzutreten, wenn bestimmt wird, dass die Füße des Fahrers auf dem Fußdeck angeordnet sind.
Die Fahrerdetektionsvorrichtung 438 kann einen beliebigen geeigneten Mechanismus, eine Struktur oder Vorrichtung enthalten, um zu bestimmen, ob sich der Fahrer auf dem elektrischen Fahrzeug befindet. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 438 einen oder mehrere mechanische Knöpfe, einen oder mehrere kapazitive Sensoren, einen oder mehrere induktive Sensoren, einen oder mehrere optische Schalter, einen oder mehrere kraftresistive Sensoren, und/oder einen oder mehrere Dehnungsmesser enthalten. Die Fahrerdetektionsvorrichtung 438 kann auf oder unter einem oder beiden ersten und zweiten Deckabschnitten 116, 120 angeordnet sein. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren mechanischen Knöpfe oder anderen Vorrichtungen direkt gedrückt werden (z.B. wenn auf den Deckabschnitten) oder indirekt (z.B. wenn unter den Deckabschnitten), um zu sensieren, ob sich der Fahrer auf dem Brett 104 befindet. In einigen Beispielen können die einen oder mehreren kapazitiven Sensoren und/oder die einen oder mehreren induktiven Sensoren auf oder nahe einer Oberfläche von einem oder beiden Deckabschnitten angeordnet sein und können entsprechend über eine Kapazitätsänderung oder Induktanzänderung detektieren, ob sich der Fahrer auf dem Brett befindet. In einigen Beispielen können die einen oder mehreren optischen Schalter auf oder nahe der Oberfläche von einem oder beiden Deckabschnitten angeordnet sein. Die einen oder mehreren optischen Schalter können basierend auf einem optischen Signal detektieren, ob sich der Fahrer auf dem Brett befindet. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Dehnungsmesser konfiguriert sein, um eine Brett- oder Achsdurchbiegung zu messen, die von den Füßen des Fahrers ausgeübt wird, um zu detektieren, ob sich der Fahrer auf dem Brett befindet. In einigen Ausführungen kann die Vorrichtung 438 einen handgehaltenen „Toter-Mann-Schalter“ enthalten.
Wenn die Vorrichtung 438 detektiert, dass der Fahrer auf dem elektrischen Fahrzeug geeignet positioniert ist, dann kann die Vorrichtung 438 ein Fahrer-Vorhanden-Signal zum Mikrocontroller 430 senden. Das Fahrer-Vorhanden-Signal kann das Signal sein, welches den Motor 26 veranlasst, in den aktiven Zustand einzutreten. In Antwort auf das Fahrer-Vorhanden-Signal (und/oder wenn das Brett zu der ebenen Orientierung bewegt wird), kann der Mikrocontroller 430 die Rückkopplungsregelungsschleife zum Antrieb des Motors 26 aktivieren. Zum Beispiel kann in Antwort auf das Fahrer-Vorhanden-Signal der Mikrocontroller 430 Brettorientierungsinformation (oder Messdaten) von den Sensoren 426 zur Logik 406 senden, um den Motor 26 über die Leistungsstufe 410 mit Strom zu versorgen.
Wenn in einigen Ausführungen die Vorrichtung 438 detektiert, dass der Fahrer nicht mehr geeignet positioniert ist oder sich auf dem elektrischen Fahrzeug befindet, kann die Vorrichtung 438 ein Fahrer-Nicht-Vorhanden-Signal zum Mikrocontroller 430 senden. In Antwort auf das Fahrer-Nicht-Vorhanden-Signal kann die Schaltung des Fahrzeugs 10 (z.B. der Mikrocontroller 430, die Logik 406 und/oder die Leistungsstufe 410) konfiguriert sein, um die Drehzahl des Rotors relativ zum Stator reduzieren, um das Fahrzeug 10 zum Stopp zu bringen. Zum Beispiel können die elektrischen Wicklungen des Rotors selektiv mit Strom versorgt werden, um die Drehzahl des Rotors zu reduzieren. In einigen Ausführungen kann in Antwort auf das Fahrer-Nicht-Vorhanden-Signal die Schaltung konfiguriert sein, um die elektrischen Wicklungen mit einer relativ starken und/oder im Wesentlichen kontinuierlichen konstanten Spannung anzuregen, um den Rotor relativ zum Stator zu arretieren, um zu verhindern, dass sich der Rotor relativ zum Stator dreht und/oder den Rotor zu einem plötzlichen Stopp zu bringen.
In einigen Ausführungen kann das Fahrzeug konfiguriert sein, um den Antriebsmotor 26 aktiv anzutreiben, obwohl sich der Fahrer nicht auf dem Fahrzeug (z.B. vorübergehend) befinden könnte, was erlauben kann, dass der Fahrer verschiedene Tricks durchführt. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 438 konfiguriert sein, um das Senden des Fahrer-Nicht-Vorhanden-Signals zum Mikrocontroller für eine vorbestimmte Zeitdauer zu verzögern und/oder kann der Mikrocontroller konfiguriert sein, um das Senden des Signals zur Logik 406 zum Sperren der Stromversorgung zum Motor für eine vorbestimmte Zeitdauer zu verzögern.
Illustrative Steuerverfahren
6 zeigt mehrere Schritte eines illustrativen Verfahrens, dass allgemein mit 600 bezeichnet ist, und das durch oder/und in Verbindung mit dem Fahrzeug 10 und/oder 100 durchgeführt werden kann. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 600 beschrieben und in 6 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden. Obwohl nachfolgend auf das Fahrzeug 100 Bezug genommen wird, kann das Verfahren 600 auch in Verbindung mit dem Fahrzeug 10 und anderen durchgeführt werden.
Das Verfahren 600 enthält eine Initialisierungsprozedur, eine Standby-Prozedur und eine Betriebsprozedur, wie in 6 dargestellt. Die Initialisierungsprozedur enthält einen Schritt 602 zum Aktivieren eines Stromschalters. Zum Beispiel kann in Schritt 602 der Fahrer den Schalter 266 drücken (siehe 3). Die Initialisierungsprozedur geht dann zu Schritt 604 weiter, der eine oder mehrere Diagnosen durchführt. Zum Beispiel kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 ein oder mehrere Diagnosetests durchführen, um zu bestimmen, ob die eine oder mehreren elektrischen Komponenten richtig arbeiten. Zum Beispiel kann in Schritt 604 der Motorcontroller 354 eine Eigendiagnose durchführen, um zu bestimmen, ob seine Komponenten, wie etwa die Leistungsstufe, betriebsfähig sind.
Die Initialisierungsprozedur enthält einen Schritt 606 zur Bestimmung, ob es die in Schritt 604 durchgeführte Diagnose bestanden hat. Wenn in Schritt 606 bestimmt wird, dass es die Diagnose nicht bestanden hat, dann kann das Verfahren 600 zu einem Schritt 608 weitergehen, ein Fehlersignal auszugeben, und/oder Schritt 610, das Fahrzeug zu deaktivieren. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 100 über einen Summermechanismus einen hörbaren Ton abgeben oder kann (z.B. durch Blinklichter 278) ein Lichtsignal abgeben, wenn bestimmt wird, dass es die Diagnose nicht bestanden hat, und der Motorcontroller 254 kann eine Stromversorgung des Motors 144 verhindern. In einigen Ausführungen kann das Deaktivieren des Fahrzeugs beinhalten, den Rotor relativ zum Stator zu blockieren. Zum Beispiel kann der Motorcontroller die elektrischen Wicklungen des Stators mit einem im Wesentlichen konstanten Strom kontinuierlich anregen, um zu verhindern, dass sich der Rotor relativ zum Stator dreht. Wenn jedoch in Schritt 606 bestimmt wird, dass die Diagnose bestanden wurde, dann kann die Initialisierungsprozedur zu einem Schritt 601 zum Initialisieren der Sensoren 270 weitergehen.
Wie in 6 gezeigt, geht die Initialisierungsprozedur zur Standby-Prozedur weiter. Die Standby-Prozedur enthält einen Schritt 614 zur Bestimmung, ob ein Fahrer detektiert wird. Zum Beispiel kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 basierend auf einem von der Fahrerdetektionsvorrichtung 262 empfangenen Signal bestimmen, ob der Fahrer detektiert wird, wenn er geeignet auf dem Brett 104 positioniert ist (z.B. mit einem Fuß auf dem Deckabschnitt 116 und dem anderen Fuß auf dem zweiten Deckabschnitt 120, wie in 7 gezeigt). Wenn in Schritt 614 bestimmt wird, dass der Fahrer nicht auf dem Fahrzeug detektiert wird, dann kann der Schritt 614 wiederholt werden, bis ein Fahrer detektiert wird. In einigen Ausführungen kann die Vorrichtung 262 das Fahrervorhanden-Signal zur Schaltung im Wesentlichen kontinuierlich senden, wenn der Fahrer auf dem Fahrzeug positioniert ist, und/oder kann das Fahrer-Nichtvorhanden-Signal zu der Schaltung im Wesentlichen kontinuierlich senden, wenn der Fahrer nicht auf dem Fahrzeug positioniert ist. In einigen Ausführungen kann die Vorrichtung 262 diese Signale basierend auf der Position des Fahrers intermittierend sein.
Wenn in Schritt 614 bestimmt wird, dass ein auf dem Brett 104 geeignet positionierter Fahrer detektiert wird, wie in 7 gezeigt, dann kann die Standby-Prozedur zu Schritt 616 weitergehen, um eine oder mehrere Messungen (z.B. Orientierungsinformation) von den Sensoren 270 (z.B. dem Gyro 280 und dem Beschleunigungsmesser 314) zu lesen oder zu erfassen.
Die Standby-Prozedur kann einen Schritt 618 enthalten, um zu bestimmen, ob das Brett 104 in der ebenen Orientierung ist (oder eine andere vordefinierte und/oder vorbestimmte Orientierung hat). Die Schaltung des Fahrzeugs 100 kann basierend auf den von den Sensoren 270 in Schritt 616 erfassten Messungen bestimmen, ob das Brett 104 in der ebenen Orientierung ist. Wenn in Schritt 618 bestimmt wird, dass das Brett 104 nicht in der ebenen Orientierung ist, wie in 7 gezeigt, dann kann die Standby-Prozedur zu Schritt 614 zurückkehren.
Wenn jedoch in Schritt 618 bestimmt wird, dass das Brett 104 in der ebenen Orientierung ist, wie in 8 gezeigt, dann kann die Standby-Prozedur über die Rückkopplungsschleife, von der ein Beispiel allgemein in 6 mit 620 bezeichnet ist, zu der Betriebsprozedur weitergehen (um zum Beispiel das Selbst-Balancieren des Fahrzeugs zu initialisieren). Die Schleife 620 kann eine geschlossenschleifige Balancierroutine sein, die wiederholt werden kann, bis der Fahrer nicht mehr detektiert wird.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 622 enthalten, um eine oder mehrere Messungen von den Sensoren 270 zu lesen oder zu erfassen. Zum Beispiel kann in Schritt 622 der Mikrocontroller 269 (oder eine andere Schaltung) Beschleunigungsmessungen des Bretts 104 entlang den Nick-, Wank- und Gierachsen vom Beschleunigungsmesser 314 erfassen und kann Positionsmessungen des Bretts 104 um die Nick-, Wank- und Gierachsen vom Gyro 280 erfassen.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 624 enthalten, um an eine oder mehrere der in Schritt 622 erfassten Messungen Sensor-Offsets anzulegen. Zum Beispiel können Offsets für den Beschleunigungsmesser und den Gyro in Schritt 612 während der Initialisierung bestimmt werden, die in Schritt 624 auf die in Schritt 622 erfassten Messungen angewendet werden können, um einen Sensor-Bias im Wesentlichen zu korrigieren.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 626 zum Kombinieren von Sensorwerten enthalten. Zum Beispiel kann in Schritt 626 der Mikrocontroller 269 die in Schritt 622 erfassten Messungen vom Beschleunigungsmesser 314 und Gyro 280 (einschließlich oder nicht einschließlich der angelegten Offsets) mit dem komplementären oder Kalman-Filter kombinieren.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 628 enthalten, um den Neigungswinkel des Bretts 104 zu berechnen (oder zu bestimmen). In Schritt 628 kann der Mikrocontroller 628 den Neigungswinkel basierend auf den kombinierten Messungen vom Beschleunigungsmesser 314 und Gyro 280 bestimmen.
Wie oben beschrieben, kann der Neigungswinkel die Nick-, Wank- und Gierwinkel des Bretts 104 enthalten. Wie in 9 gezeigt, kann der Fahrer das Brett 104 um die Nickachse A1 herumschwenken, um einen Nickwinkel θ1 zu erzeugen, wobei in diesem Fall in Schritt 630 der Mikrocontroller basierend auf den kombinierten Messungen (z.B. Orientierungsinformation) vom Beschleunigungsmesser 314 und Gyro 280 bestimmen kann, dass das Brett 104 den Nickwinkel θ1 hat. Wie gezeigt, kann der Nickwinkel basierend auf einer Orientierung des Bretts 104 in Bezug auf die ebene Orientierung bestimmt werden. Die ebene Orientierung kann basierend auf einem gemessenen Schwerkraftvektor bestimmt oder berechnet werden.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 630 zum Berechnen eines Fehlerwinkels enthalten. Der Fehlerwinkel kann eine Schätzung oder Berechnung einer Verlagerung des Bretts von der ebenen Orientierung basierend auf Orientierungsinformation von den Sensoren 270 sein. Zum Beispiel kann in der in 9 gezeigten Orientierung der Mikrocontroller bestimmen, dass der Nickwinkel θ1 der Fehlerwinkel ist. in Schritt 630 kann der Mikrocontroller 269 den Fehlerwinkel in Bezug auf eine vom Beschleunigungsmesser 314 erfasste Schwerkraftvektormessung berechnen (oder bestimmen).
Die Schleife 620 kann einen Schritt 632 zum Berechnen von P-, I-, und D-Werten für das PID-Regelungsschema enthalten. Diese Werte können dazu benutzt werden, Stöße von Buckeln auf dem Boden, Straßenprofil und/oder Störungen aufgrund unbeabsichtigten plötzlichen Lenkeingaben herausfiltern.
Die Schleife 620 kann einen Schritt 634 enthalten, um einen Motorbefehl (oder ein Motorsteuersignal) zum Motor 144 zu senden. Im Schritt 634 kann der Motorcontroller das Motorsteuersignal in Antwort auf die von den Sensoren 270 erhaltene Orientierungsinformation erzeugen. Der Motor 144 kann konfiguriert sein, um das Motorsignal vom Motorcontroller 254 zu empfangen, und in Antwort auf die Orientierungsinformation das Rad 132 zu drehen.
Zum Beispiel kann in Schritt 634 der Mikrocontroller 269 ein Signal zur Logik 306 senden, das Information entsprechend dem berechneten Neigungswinkel, dem berechneten Fehlerwinkel (der der berechnete Neigungswinkel oder ein Prozentsatz davon sein kann) und/oder die berechneten P-, I-, D-Werte enthält. Basierend auf dieser Information kann die BLDC Treiberlogik 306 bestimmen, wie dementsprechend der Motor 144 anzutreiben ist. Zum Beispiel kann die Logik 306 basierend auf dem Nick- oder Fehlerwinkel θ1 bestimmen, dass der Rotor des Motors 144 mit einer ersten Rate in Uhrzeigerrichtung (in 9) angetrieben werden sollte, mit dem Ziel, das Brett 104 zurück zur ebenen Orientierung zu bewegen, und ein entsprechendes Motorbefehlssignal zur Leistungsstufe 310 senden. Die Leistungsstufe 310 kann dann den Motor 144 über die Phasendrähte 202 antreiben (siehe 3). Wenn der Fahrer den Abwärtsdruck auf den Deckabschnitt 166 beibehält, kann die uhrzeigersinnige Drehung des Rotors des Motors 144 dazu führen, dass das Fahrzeug 100 in 9 nach rechts angetrieben wird.
Wie in 9 gezeigt, können in Antwort auf den Motorbefehl die mit dem Deckabschnitt 116 gekoppelten Leuchtmittel 278 weißes Licht WL abgeben und können die mit dem Deckabschnitt 120 gekoppelten Leuchten 278 rotes Licht RL abgeben, wenn sich das Fahrzeug 100 nach rechts bewegt.
Zurück zu 6, kann die Schleife 620 einen Schritt 636 enthalten, um zu bestimmen, ob der Fahrer detektiert wird (z.B. auf dem Brett 104 geeignet positioniert ist). Der Mikrocontroller kann diese Bestimmung basierend auf einem Signal von der Fahrerdetektionsvorrichtung zum Beispiel so ähnlich durchführen wie in Schritt 614. In einigen Ausführungen kann die Bestimmung, ob der Fahrer detektiert wird, auf dem Motordrehmoment beruhen (z.B. einer Minderung des Motordrehmoments unter einen vordefinierten Schwellenwert), oder Fahrzeugorientierungen, die angeben können, dass das elektrische Fahrzeug nicht der Fahrersteuerung unterliegt (z.B. übermäßiger Nick-, Wank- und/oder Gierwinkel oder Modulation davon).
Wenn in Schritt 636 bestimmt wird, dass der Fahrer nicht detektiert wird (z.B. heruntergefallen, gesprungen oder anderweitig vom elektrischen Fahrzeug abgestiegen ist), dann kann die Betriebsprozedur zu Schritt 638 weitergehen, den Motor 144 zu stoppen, und zu Schritt 614 zurückkehren. In Schritt 638 kann das Stoppen des Motors beinhalten, den Rotor relativ zum Stator zu blockieren, so dass das Bodenkontaktelement (z.B. der Reifen) seine Drehung um die Nickachse relativ zu dem Brett stoppt. Zum Beispiel kann in Schritt 638 der Motorcontroller die elektrischen Wicklungen des Stators mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen konstanten und/oder relativ starken elektrischen Strom anregen, um ein im Wesentliches konstantes und/oder starkes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, um die Drehung der Magneten des Rotors um die Nickachse relativ zum Stator zu stoppen.
Wenn jedoch in Schritt 636 bestimmt wird, dass der Fahrer detektiert wird (z.B. noch immer geeignet auf dem elektrischen Fahrzeug positioniert ist), dann kann die Schleife 620 zum Schritt 622 zurückkehren und kann die Schleife 620 wiederholt werden. Zum Beispiel kann bei einer anschließenden Wiederholung der Schleife 620 der Fahrer das Brett 104 zu einer Orientierung mit einem Nickwinkel θ2 bewegt haben (siehe 9). Der Nickwinkel θ2 kann einem weiteren Verschwenken (AKA Neigen) des Bretts 104 um die Nickachse A1 relativ zu der in 9 gezeigten Orientierung des Bretts 104 entsprechen, so dass der Deckabschnitt 116 weiter unter die ebene Orientierung bewegt worden ist, und der Deckabschnitt 120 weiter über die ebene Orientierung bewegt worden ist. Bei dieser anschließenden Wiederholung der Schleife 620 kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 den Rotor in Uhrzeigerrichtung mit einer zweiten Rate basierend auf dem Nickwinkel θ2 antreiben, mit dem Ziel, das Brett 104 zur ebenen Orientierung zurückzubewegen. Die zweite Rate kann größer als die erste Rate sein.
In einer anderen anschließenden Wiederholung der Schleife 620 kann der Fahrer das Brett 104 zu einer Orientierung mit einem Nickwinkel θ3 bewegt haben (siehe 10). Wie gezeigt, entspricht der Nickwinkel θ3 dem Verschwenken des Bretts 104 um die Nickachse A1, so dass der Deckabschnitt 120 unter die ebene Orientierung bewegt worden ist und der Deckabschnitt 116 über die ebene Orientierung bewegt worden ist. Bei dieser anschließenden Wiederholung der Schleife 620 kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 den Rotor des Motors 144 basierend auf dem Nickwinkel θ3 zur Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung (wie in 10 angegeben) mit einer dritten Rate antreiben, mit dem Ziel, das Brett 104 zur ebenen Orientierung zurückzubewegen. Wenn der Fahrer den Abwärtsdruck auf den Deckabschnitt 120 beibehält, kann die gegenuhrzeigersinnige Drehung des Rotors des Motors 144 dazu führen, dass das Fahrzeug 100 in 10 nach links angetrieben wird. Ein Absolutwert der dritten Rate kann einer größeren Rate entsprechen als des Absolutwert der ersten Rate, da der Winkel θ3 in 10 so gezeigt ist, dass er größer ist als der Winkel θ1 in 9. Ähnlich kann ein Absolutwert der dritten Rate einer kleineren Rate entsprechend als ein Absolutwert der zweiten Rate, da der Winkel θ3 so gezeigt ist, dass er kleiner ist als der Winkel θ2 in 9.
Das Fahrzeug 100 kann ein Kurvenkompensationsmerkmal enthalten. Das Kurvenkompensationsmerkmal kann basierend auf dem Nickwinkel des Bretts 104 eine Rate einstellen, mit der der Motor 144 angetrieben wird. Zum Beispiel kann der Fahrer durch Ändern des auf das Brett 104 ausgeübten Fersen- und/oder Zehendrucks das Brett 104 von der ebenen Orientierung um die Wankachse A2 zu einer Wankorientierung schwenken, was in einem Wankwinkel θ4 resultiert, wobei in diesem Fall der Schritt 628 von 6 beinhalten kann, den Wankwinkel θ4 basierend auf Orientierungsinformation von den Sensoren 270 zu berechnen. Wenn das Brett 104 auch um die Nickachse verschwenkt wird (z.B. den Nickwinkel θ1 oder θ3 hat, wie jeweils in den 9 und 10 gezeigt), dann kann in Schritt 634 von 6 die Schaltung basierend auf dem Wankwinkel θ4 zum Motor 144 mehr Stromenergie liefern, um die Drehzahl des Rotors und somit des Reifens 132 anzuheben. Ein Betrag der erhöhten Stromenergie kann auf einer Stärke des Wankwinkels beruhen, wobei eine größere Wankwinkelstärke einer größeren Energiezunahme entspricht, und eine kleinere Wankwinkelstärke einer kleineren Energiezunahme entspricht.
Illustrative Operation
Die 7-12 zeigen einen illustrativen Prozess zum Betreiben des Fahrzeugs 100 (oder Fahrzeugs 10). 7 zeigt den Fahrer auf dem Brett 104 in einer Startorientierung. Die Startorientierung kann dem entsprechen, dass ein Fuß des Fahrers den Deckabschnitt 120 nach unten drückt, um den Deckabschnitt 120 gegen den Boden zu spannen, und der andere Fuß des Fahrers auf dem Deckabschnitt 116 positioniert ist. Wie gezeigt, drückt der rechte Fuß des Fahrers den Deckabschnitt 120 nach unten und kontaktiert der linke Fuß des Fahrers den Deckabschnitt 116. Jedoch kann das Brett 104 auch konfiguriert sein, um dem Fahrer zu erlauben, das Fahrzeug 10 in einer „Switch“-Haltung zu betreiben, mit seinem linken Fuß auf dem Deckabschnitt 120 und seinem rechten Fuß auf dem Deckabschnitt 116. In (oder vor) der Startposition kann der Fahrer das Fahrzeug 100 einschalten, indem er den Schalter 266 drückt (siehe 4). In der Startposition kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 eine Drehung des Rotors relativ zum Stator verhindern oder vermeiden, zum Beispiel durch Versorgung der elektrischen Wicklungen mit einem relativ starken und im Wesentlichen kontinuierlichen Dauerstrom (und/oder mechanisches Blockieren und/oder Erzeugen einer erhöhten Reibung zwischen dem Rotor und dem Stator), was dem Fahrer dabei unterstützen kann, das Brett 104 zu der ebenen Orientierung zu bewegen. Die Schaltung des Fahrzeugs 100 kann konfiguriert sein, um diese Drehbeschränkung aufzuheben, wenn Orientierungsinformation von den Sensoren angibt, dass das Brett 104 in die ebene Orientierung bewegt worden ist.
Der Fahrer kann das Brett 104 zur ebenen Orientierung bewegen, wie in 8 gezeigt, indem er sein Gewicht verlagert, um das Brett 104 um die Nickachse A1 herum zu schwenken. Die Bewegung des Bretts 104 zur ebenen Orientierung kann das aktive Balancieren des Fahrzeugs 100 über die Steuerschleife 620 initialisieren (siehe 6). In einigen Ausführungen kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 konfiguriert sein, um die Schleife 620 zu initialisieren (oder zu dieser weiterzugehen), nachdem das Brett 104 für eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. eine Sekunde) in der ebenen Orientierung (oder einem Bereich von Orientierungen nahe der ebenen Orientierung) gehalten worden ist, was für eine adäquate Verzögerung sorgen kann, um sicherzustellen, dass der Fahrer das Fahrzeug 100 unter Kontrolle hat.
Wie in 9 gezeigt, kann der Fahrer das Brett 104 um die Nickachse A1 um einen Winkel θ1 zu schwenken, um über eine uhrzeigersinnige Drehung durch den Motor 144 das Fahrzeug 100 „vorwärts“ zu bewegen (d.h. in 9 nach rechts). Der Fahrer kann die uhrzeigersinnige Drehung des Motors 144 und somit die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 erhöhen, indem er das Brett 104 weiter in Uhrzeigerrichtung verschwenkt, um z.B. den Nickwinkel θ2 zu erzeugen.
Wenn der Fahrer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 erhöht, indem er den Deckabschnitt 116 weiter zum Boden hin drückt (z.B. zum Nickwinkel θ2), kann die Ausgangsleistung des Motors 144 eine maximale Ausgangsleistung erreichen. Bei der maximalen Ausgangsleistung des Motors 144 kann das Drücken des Deckabschnitts 116 weiter zum Boden darin resultieren, dass ein vorderes Ende des Bretts den Boden mit relativ hoher Geschwindigkeit kontaktiert, was in einem Unfall resultieren könnte. Um eine Wahrscheinlichkeit eines solchen Unfalls zu verhindern, kann das Fahrzeug 100 ein Leistungsgrenz-Anzeigemerkmal enthalten, das konfiguriert ist, um dem Fahrer eine Grenze zwischen der gegenwärtigen Ausgangsleistung des Motors 144 und der maximalen Ausgangsleistung des Motors 144 anzuzeigen. Wenn zum Beispiel die gegenwärtige Ausgangsleistung des Motors 144 einen vorbestimmten Freiraum-Schwellenwert nahe der maximalen Ausgangsleistung erreicht (wenn z.B. der Motor 144 mit relativ hoher Geschwindigkeit oder Drehzahl angetrieben wird und der Fahrer das Brett 104 zum Nickwinkel θ2 verschwenkt), kann die Schaltung des Fahrzeugs 100 konfiguriert sein, um zu dem Motor 144 eine erhöhte Pulsenergie zu senden (z.B. oberhalb des Freiraum-Schwellenwerts, aber kleiner als oder gleich der maximalen Ausgangsleistung), um den Fahrer zurückzudrücken und das Brett 104 zurück zu (und/oder zu) der ebenen Orientierung zu bewegen (oder in einigen Ausführungen sogar noch weiter zurück. In einigen Ausführungen kann der Leistungsgrenzanzeiger eine Beziehung zwischen der gegenwärtigen Ausgangsleistung und der maximalen Ausgangsleistung kommunizieren, indem er ein Audiosignal (z.B. vom Summer) oder ein Videosignal (z.B. von einem Tachometer) abgibt. In einigen Ausführungen kann der Leistungsgrenzanzeiger konfiguriert sein, um ähnlich eine Grenze (oder ein Verhältnis) zwischen der gegenwärtigen Ausgangsleistung und der maximalen Ausgangsleistung anzugeben, wenn das Fahrzeug 100 rückwärts angetrieben wird (wie in 10 gezeigt).
Während das Brett 104 auf einen Nickwinkel in Bezug auf die ebene Orientierung verschwenkt wird, wie in den 9 und 10 gezeigt, kann der Fahrer das Brett 104 auch um die Wankachse A2 herum schwenken, wie in 11 gezeigt, um den Strom zu dem Motor zu modulieren.
Ähnlich kann, während das Brett 104 auf einen Nickwinkel in Bezug auf die ebene Orientierung verschwenkt wird, der Fahrer das Brett 104 um die Gierachse A3 herum schwenken, wie in 12 gezeigt, um den Strom zu dem Motor zu modulieren.
Nachfolgend werden zusätzliche und/oder alternative Betriebsverfahren in Abschnitt E betrachtet.
Illustrative Rückwärts-zum-Absteigen-Verfahren
Dieser Abschnitt beschreibt Schritte verschiedener illustrativer Verfahren zum Stoppen des Fahrzeugs, so dass der Fahrer leicht absteigen kann. Allgemein detektiert das System, wenn ein Fahrer das Brett dazu gebracht hat, rückwärts zu rollen, und justiert ein oder mehrere Steuerparameter (z.B. proportional), um die Selbst-Balancierfunktion zu beeinflussen. Dieser Effekt kann fortdauern (z.B. zunehmend), bis ein Schwellenwert erreicht ist und das Balancieren vollständig außer Kraft ist, um hierdurch einen problemlosen und intuitiven Absteigeprozess für den Fahrer zu erleichtern. Dies kann darin resultieren, dass der Fahrer in der Lage ist, einfach durch Rückwärtslehnen abzusteigen, und zu veranlassen, dass das Brett zu einem Stopp kommt, was insbesondere für Leute vorteilhaft ist, die das Fahren erlernen.
Als weiterer Kontext für die folgenden Verfahren werden nun zusätzliche Aspekte der oben beschriebenen PID-Schleife erläutert. Zuerst kann das PID-Steuerungssystem eine Selbst-Balancierung zumindest teilweise erreichen, indem es versucht, das Brett auf einen gegebenen Referenzwinkel zu halten, auch als Balance-Winkel bezeichnet. In einem bevorzugten Beispiel ist dies der 0°-Nickwinkel (d.h. eben), worauf sich der obige Abschnitt D bezieht. In einigen Ausführungen ist der Referenzwinkel einstellbar, zum Beispiel direkt einstellbar und/oder mittels eines einstellbaren Offset-Parameters, so dass das Steuersystem versuchen kann, einen anderen Winkel als 0° einzuhalten. Der Offset-Balance-Winkel kann manuell verändert werden (z.B. basierend auf Benutzerpräferenz) und/oder automatisch (z.B. siehe unten).
Zweitens können die PID-Steuerungen einen Abstimmparameter enthalten, der als Proportionalverstärkung bekannt ist. Dieser Proportionalverstärkungsparameter bewirkt, dass die Schleife eine Ausgabe erzeugen, die proportional zum dann gegenwärtigen Fehlerwert ist (z.B. die Differenz zwischen dem aktuellen Brettwinkel und dem Referenz- oder Balance-Winkel). Dementsprechend kann die Reaktion des Systems durch Ändern der Proportionalverstärkungskonstante eingestellt werden.
Für eine gegebene Änderung im Fehler resultiert eine höhere Proportionalverstärkungskonstante in einer größeren Änderung der Ausgabe und resultiert eine kleinere Proportionalverstärkungskonstante in einer kleineren Änderung der Ausgabe. In einigen Beispielen trägt der Proportionalverstärkungsparameter zu einem Großteil der Ausgabeänderung bei, im Vergleich zu anderen PID-Schleifenparametern.
Dementsprechend kann das Steuersystem einen Nabenmotor und einen Motorcontroller enthalten, wie oben beschrieben. Der Motorcontroller ist konfiguriert, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor das Fahrzeug basierend auf der Orientierungsinformation vorantreibt. In diesem Abschnitt werden verschiedene Schemata beschrieben, in denen der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist, um (a) Richtungsinformation zu empfangen, die eine Richtung angibt, die dem Nabenmotor zum Vorantreiben des Fahrzeugs befohlen wird; (b) in Antwort auf die Richtungsinformation, die eine erste Richtung (z.B. rückwärts) angibt, Beschränken eines Ansprechverhaltens des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und (c) in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
Nun werden verschiedene Ausführungen dieses allgemeinen Steuerschemas beschrieben, als Schritte illustrativer Verfahren 1300, 1400, 1500, 1600 und 1700, die nachfolgend umrissen sind (siehe 13-17). Aspekte der oben beschriebenen Fahrzeuge und Steuerungen können in den Verfahrensschritten dieser Verfahren verwendet werden. Wo geeignet, kann auf Komponenten und Systeme Bezug genommen werden, die bei der Ausführung jedes Schritts verwendet werden können. Diese Bezugnahmen dienen zur Illustration und sollen die möglichen Wege zur Ausführung jedes einzelnen Schritts des Verfahrens nicht einschränken.
13 ist ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die in dem Verfahren 1300 ausgeführt werden, und braucht nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens nennen. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 1300 beschrieben und in 13 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden.
In Schritt 1302 bestimmt das Steuersystem des Fahrzeugs, wie weit sich das Rad in rückwärtiger oder Rückwärtsrichtung gedreht hat. Zum Beispiel kann das System die Anzahl von Übergängen zählen, die der oder die Hall-Sensoren erfahren (z.B. Hall-Sensoren 418), auch als Hall-Übergänge bezeichnet, wenn sich das Rad in der Rückwärtsrichtung dreht. In diesem Schritt kann ein beliebiges geeignetes Verfahren verwendet werden, das konfiguriert ist, um die Drehung des Motors und/oder Rads zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Rad- und/oder Motordrehung durch einen Schätzer oder Codierer bestimmt werden.
Die Bestimmung von rückwärts und vorwärts kann vorbestimmt sein, kann manuell gesetzt werden und/oder kann dynamisch basierend auf einem vorherigen Betrieb des Fahrzeugs bestimmt werden (z.B. während der gegenwärtigen Fahrepisode). In einigen Beispielen kann diese Bestimmung ausgesetzt werden, so dass auch das vorhandene Verfahren ausgesetzt wird (z.B. durch einen geübten Fahrer, der mit gleicher Steuerung in beiden Richtungen fahren will). Durch Bestimmung der Anzahl von Hall-Übergängen in der Rückwärtsrichtung hat das System einen Hinweis, wie weit sich der Motor/das Rad bewegt hat (z.B. in Graden).
Der Schritt 1304 des Verfahrens 1300 enthält das Einstellen (z.B. Reduzieren) eines Balancewinkel-Offset-Parameters (AKA Offset-Balance-Winkel) proportional (oder anderweitig entsprechend) zur Anzahl der in Schritt 1302 bestimmten Hall-Übergänge (oder einen anderen Hinweis auf den Rückwärtsdrehbetrag). Dieser Offset (Versatz) ist in der Rückwärtsrichtung. In anderen Worten, nach der Einstellung kann das System versuchen, die Balance bei einem Winkel zu halten, wo das „Heck“-Ende des Bretts niedriger ist als Vorderende.
Der Schritt 1306 des Verfahrens 1300 enthält das Vergleichen des Balance-Winkel-Offset-Parameters mit einem Schwellenwert (z.B. einem Offset-Schwellenwert). Wenn der Offset-Parameter den Schwellenwert überschreitet, dann wird der Motor zum Lösen oder Ausschalten angewiesen. In einigen Ausführungen kann der Motor blockiert werden, z.B. durch Anlegen eines nicht-kommutierenden Stroms. Übrigens kann die PID-Schleife in mehreren Durchläufen resultieren, deren jeder die Wiederholung der Schritte 1302 und 1304 und das Vergleichen des resultierenden Offsets mit dem Schwellenwert enthält. Wenn der Motor gelöst ist, kann der Fahrer frei vom Brett absteigen, ohne sich um eine unerwartete Bewegung zu sorgen.
Der Schritt 1308 enthält, in Antwort darauf, dass der Fahrer bewirkt, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, den Offset-Balance-Winkel rückzusetzen und normale Selbst-Balancier-Operationen wieder aufzunehmen. In einigen Beispielen wird der Vorwärtslehnwinkel von Schritt 1308 den Offset-Balance-Winkel bei einem beliebigen Punkt rücksetzen, einschließlich vor dem Erhalten des Schwellenwerts und nach dem Abschalten des Motors. In einigen Beispielen kann das Bewirken, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, enthalten, das Brett auf Ebene zu bringen (d.h. 0° Nickwinkel).
14 ist ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die im Verfahren 1400 durchgeführt werden, und braucht nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens nennen. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 1400 beschrieben und in 14 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden, und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden.
In Schritt 1402 bestimmt das Steuersystem des Fahrzeugs, wie weit sich das Rad in rückwärtiger Richtung gedreht hat, ähnlich dem Schritt 1302. Zum Beispiel kann das System die Anzahl von Übergängen zählen, die der oder die Hall-Sensor(en) erfahren (z.B. Hall-Sensoren 418), auch als Hall-Übergänge bezeichnet, wenn sich das Rad in der rückwärtigen Richtung dreht. In diesem Schritt kann jedes geeignete Verfahren verwendet werden, das konfiguriert ist, um die Drehung des Motors und/oder des Rads zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Rad und/oder Motordrehung durch einen Schätzer oder Codierer bestimmt werden.
Die Bestimmung von rückwärts und vorwärts kann vorbestimmt sein, kann manuell gesetzt werden und/oder kann dynamisch basierend auf einem vorherigen Betrieb des Fahrzeugs bestimmt werden (z.B. während der gegenwärtigen Fahrepisode). In einigen Beispielen kann diese Bestimmung ausgesetzt werden, so dass auch das vorhandene Verfahren ausgesetzt wird (z.B. durch einen geübten Fahrer, der mit gleicher Steuerung in beiden Richtungen fahren will). Durch Bestimmung der Anzahl von Hall-Übergängen in der Rückwärtsrichtung hat das System einen Hinweis, wie weit sich der Motor/das Rad bewegt hat (z.B. in Graden).
Der Schritt 1404 des Verfahrens 1400 enthält das Einstellen (d.h. Reduzieren) eines Proportionalverstärkungsparameters in Bezug auf das Balancieren (AKA Balancier-Proportionalverstärkung). Wie bei der Einstellung des Offsets in Schritt 1304 ist diese Einstellung proportional (oder entspricht anderweitig) der Anzahl von im Schritt 1402 bestimmten Hall-Übergängen oder einem anderen Indiz des Rückwärtsdrehbetrags. Wie oben beschrieben, resultiert das Reduzieren der Proportionalverstärkungskonstante in einem weniger reaktiven Steuersystem. Dessen Fortsetzung resultiert in einem progressiv weniger reaktiven System. In anderen Worten, der Fahrer kann wahrnehmen, dass das Brettreaktionsgefühl progressiv schwächer wird, bis das Heck das Bretts den Boden berührt.
Der Schritt 1406 des Verfahrens 1400 enthält das Vergleichen des Balance-Proportionalverstärkungsparameters mit einem anderen Schwellenwert (z.B. einem Verstärkungsschwellenwert). Wenn die Proportionalverstärkung kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Motor zum Lösen oder Ausschalten angewiesen. In einigen Beispielen kann der Rotor blockiert werden, z.B. durch Anlegen eines nicht-kommutierenden Stroms. Übrigens kann die PID-Schleife in mehreren Durchläufen resultieren, deren jeder die Wiederholung der Schritte 1402 und 1404 und das Vergleichen des resultierenden Verstärkens mit dem Schwellenwert enthält. Wenn der Motor gelöst ist, kann der Fahrer vom Brett frei absteigen, ohne sich um eine unerwartete Bewegung zu sorgen.
Der Schritt 1408 des Verfahrens 1400 enthält, in Antwort darauf, dass der Fahrer bewirkt, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, die Proportionalverstärkung rückzusetzen und normale Selbst-Balance-Operationen wieder aufzunehmen. In einigen Beispielen wird der Vorwärtslehnwinkel von Schritt 1408 die Proportionalverstärkung an einem beliebigen Punkt rücksetzen, einschließlich vor dem Erhalt des Schwellenwerts und anschließendem Motorabschalten. In einigen Beispielen kann das Bewirken, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, enthalten, das Brett auf Ebene zu bringen (d.h. 0° Nickwinkel).
15 ist ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die im Verfahren 1500 durchgeführt werden und brauchen nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens nennen. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 1500 beschrieben und in 15 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden.
In Schritt 1502 bestimmt das Steuersystem des Fahrzeugs den Brettwinkel und erkennt, dass das Brett in der Rückwärts- oder rückwärtigen Richtung gekippt worden ist (d.h. Heck unten). Die Bestimmung von rückwärts und vorwärts kann vorbestimmt sein, kann manuell gesetzt werden und/oder kann dynamisch basierend auf dem vorherigen Betrieb des Fahrzeugs bestimmt werden (z.B. während der gegenwärtigen Fahrepisode). In einigen Beispielen kann diese Bestimmung ausgesetzt werden, so dass das vorliegende Verfahren auch ausgesetzt wird (z.B. durch einen geübten Fahrer, der mit gleicher Steuerung in beide Richtungen fahren will).
Der Schritt 1504 des Verfahrens 1500 enthält, einen Proportionalverstärkungsparameter in Bezug auf Balance (AKA Balance-Proportionalverstärkung) einzustellen (d.h. zu reduzieren). Ähnlich dem Einstellen des Offsets in den Schritten 1304 und 1404 ist diese Einstellung proportional (oder entspricht anderweitig) dem in Schritt 1502 bestimmten Brettwinkel. Wie oben beschrieben, resultiert das Reduzieren der Proportionalverstärkung in einem weniger reaktiven Steuersystem. Dessen Fortsetzung resultiert auch in einem progressiv weniger reaktiven System. In diesem Beispiel kann der Fahrer wahrnehmen, dass die Brettsteuerung in der Rückwärtsrichtung schwächer wird, bis der Fahrer in der Lage ist, das Heck niederzudrücken.
Der Schritt 1506 des Verfahrens 1500 enthält, den Balance-Proportionalverstärkungsparameter mit einem Schwellenwert (z.B. einem Verstärkungsschwellenwert) zu vergleichen. Wenn die Proportionalverstärkung kleiner als der Schwellenwert ist, dann wird der Motor zum Lösen oder Ausschalten angewiesen. In einigen Beispielen kann der Motor blockiert werden, z.B. durch Anlegen eines nicht-kommutierenden Stroms. Übrigens kann die PID-Schleife in mehreren Durchläufen resultieren, deren jeder eine Wiederholung der Schritte 1502 und 1504 und das Vergleichen der resultierenden Verstärkung mit dem Schwellenwert enthält. Wenn der Motor gelöst ist, kann der Fahrer vom Brett frei absteigen, ohne sich um eine unerwartete Bewegung zu sorgen.
Der Schritt 1508 des Verfahrens 1500 enthält, in Antwort darauf, dass der Fahrer bewirkt, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, die Proportionalverstärkung rückzusetzen und normale Selbst-Balancier-Operationen wieder aufzunehmen. In einigen Beispielen wird der Vorwärtslehnwinkel von Schritt 1508 die Proportionalverstärkung an einem beliebigen Punkt rücksetzen, einschließlich vor dem Erhalt des Schwellenwerts und anschließendem Motorabschalten. In einigen Beispielen kann das Bewirken, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, enthalten, das Brett auf Ebene zu bringen (d.h. 0° Nickwinkel).
16 ist ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die im Verfahren 1600 durchgeführt werden und brauchen nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens nennen. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 1600 beschrieben und in 16 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden.
In Schritt 1602 bestimmt das Steuersystem des Fahrzeugs, wie lang (z.B. in Millisekunden) der Fahrer das Brett rückwärts gerollt hat, durch Erkennen, dass die Hall-Übergänge in der rückwärtigen Richtung sind (oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Verfahrens), und Messen, wie lang dieses fortdauert. Die Bestimmung von rückwärts und vorwärts kann vorbestimmt sein, kann manuell gesetzt werden und/oder kann dynamisch basierend auf dem vorherigen Betrieb des Fahrzeugs bestimmt werden (z.B. während der gegenwärtigen Fahrepisode). In einigen Beispielen kann die Bestimmung ausgesetzt werden, so dass auch das gegenwärtige Verfahren ausgesetzt wird (z.B. durch einen geübten Fahrer, der mit gleicher Steuerung in beiden Richtungen fahren will).
Der Schritt 1604 des Verfahrens 1600 enthält das Einstellen (d.h. Reduzieren) eines Balance-Winkel-Offset-Parameters (AKA Offset-Balance-Winkel) proportional (oder entspricht anderweitig) der in Schritt 1602 bestimmten rückwärts laufenden Zeitspanne (d.h. Dauer). Dieser Offset ist in der rückwärtigen Richtung. In anderen Worten, nach der Einstellung kann das System versuchen, die Balance bei einem Winkel zu halten, wo das „Heck“-Ende des Bretts niedriger ist als das Vorderende.
Der Schritt 1606 des Verfahrens 1600 enthält das Vergleichen des Balance-Winkel-Offset-Parameters mit einem ersten Schwellenwert (z.B. einem Offset-Schwellenwert) und das Vergleichen der Rückwärtsfahrtdauer mit einem zweiten Schwellenwert (z.B. einem Dauer-Schwellenwert). Wenn der Offset-Parameter und/oder die Dauer den jeweiligen Schwellenwert überschreitet, dann wird der Motor zum Lösen oder Ausschalten angewiesen. In einigen Beispielen kann der Rotor blockiert werden, z.B. durch Anlegen eines nicht-kommutierenden Stroms. Übrigens kann die PID-Schleife in mehreren Durchläufen resultieren, deren jeder eine Wiederholung der Schritte 1602 und 1604 und das Vergleichen der resultierenden Dauer und des Offsets mit den Schwellenwerten enthält. Wenn der Motor gelöst ist, kann der Fahrer vom Brett frei absteigen, ohne sich um eine unerwartete Bewegung zu sorgen.
Der Schritt 1608 des Verfahrens 1600 enthält, in Antwort darauf, dass der Fahrer bewirkt, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, den Offset-Balance-Winkel rückzusetzen und normale Selbst-Balancieroperationen wieder aufzunehmen. In einigen Beispielen wird der Vorwärtslehnwinkel von Schritt 1608 den Offset-Balance-Winkel an einem beliebigen Punkt rücksetzen, einschließlich vor dem Erhalt des Schwellenwerts und anschließendem Motorabschalten. In einigen Beispielen kann das Bewirken, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, enthalten, das Brett auf die Ebene zu bringen (d.h. 0° Nickwinkel).
17 ist ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die im Verfahren 1700 durchgeführt werden, und braucht nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens nennen. Obwohl nachfolgend verschiedene Schritte des Verfahrens 1700 beschrieben und in 17 dargestellt sind, brauchen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt zu werden und können in einigen Fällen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten Reihenfolge durchgeführt werden.
In Schritt 1702 bestimmt das Steuersystem des Fahrzeugs den Brettwinkel und bestimmt, ob der Brettwinkel der Rückwärts- oder rückwärtigen Richtung entspricht (d.h. Heck unten). Die Bestimmung von rückwärts und vorwärts kann vorbestimmt sein, kann manuell gesetzt werden und/oder kann dynamisch basierend auf einem vorherigen Betrieb des Fahrzeugs bestimmt werden (z.B. während der gegenwärtigen Fahrepisode). In einigen Beispielen kann die Bestimmung ausgesetzt werden, so dass das vorliegende Verfahren auch ausgesetzt wird (z.B. durch einen geübten Fahrer, der mit gleicher Steuerung in beiden Richtungen fahren will).
Der Schritt 1704 des Verfahrens 1700 enthält das Einstellen (d.h. Reduzieren) eines Prorportionalverstärkungsparameters in Bezug auf Balancieren (AKA balancierende Proportionalverstärkung). Diese Einstellung ist proportional (oder entspricht anderweitig) dem in Schritt 1704 bestimmten Brettwinkel. Wie oben beschrieben, resultiert das Reduzieren der Proportionalverstärkungskonstante in einem weniger reaktiven Steuersystem. Dessen Fortsetzung resultiert auch in einem progressiv weniger reaktiven System.
Der Schritt 1706 des Verfahrens 1700 enthält, den Brettwinkel mit einem Schwellenwert zu vergleichen (z.B. einem Kippschwellenwert). Wenn der Brettwinkel den Schwellenwert überschreitet, dann wird der Motor zum Lösen oder Ausschalten angewiesen. In einigen Beispielen kann der Rotor blockiert werden (z.B. durch Anlegen eines nicht kommutierenden Stroms). Übrigens kann die PID-Schleife in mehreren Durchläufen resultieren, deren jeder enthält die Schritte 1702 und 1704 zu wiederholen und den Brettwinkel mit dem Schwellenwert zu vergleichen. Wenn der Motor gelöst ist, kann der Fahrer frei vom Brett absteigen, ohne sich um eine unerwartete Bewegung zu sorgen.
Der Schritt 1708 des Verfahrens 1700 enthält, in Antwort darauf, dass der Fahrer veranlasst, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, die Proportionalverstärkung rückzusetzen und normale Selbst-Balancieroperationen wieder aufzunehmen. In einigen Beispielen wird der Vorwärtslehnwinkel von Schritt 1708 die Proportionalverstärkung an einem beliebigen Punkt rücksetzen, einschließlich vor dem Erhalt des Schwellenwerts und anschließendem Motorabschalten. In einigen Beispielen kann das Bewirken, dass sich das Brett in der vorwärtigen Richtung lehnt, enthalten, das Brett auf Ebene zu bringen (d.h. 0° Nickwinkel).
Illustrative Kombinationen und zusätzliche Beispiele
Dieser Abschnitt beschreibt zusätzliche Aspekte und Merkmale von Steuersystemen für einrädrige Fahrzeuge, die ohne Einschränkung als Serie von Absätzen präsentiert werden, von denen einige oder alle zur Klarheit und Effizienz alphanumerisch benannt sein können, jeder dieser Absätze kann mit einem oder mehreren anderen Absätzen und/oder mit der Offenbarung von irgendwo in dieser Anmeldung in jeder geeigneten Weise kombiniert werden. Einige der folgenden Absätze beziehen sich ausdrücklich auf andere Absätze und begrenzen diese weiter, wobei sie ohne Einschränkung Beispiele einige der geeigneten Kombinationen bereitstellen.
A0. Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist:

ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse;
ein Brett mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Brett um die Achse des einen oder der mehreren Räder herum neigbar ist;
einen elektrischen Nabenmotor, der zum Antrieb des einen oder der mehreren Räder konfiguriert ist;
einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Bretts angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Brett vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum:
- Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Brett voranzutreiben;
- in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und
- in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
A1. Das Fahrzeug von Absatz A0, wobei die Richtungsinformation eine veränderliche Höhe hat, und der erste Parameter proportional zur Höhe der Richtungsinformation automatisch eingestellt wird.
A2. Das Fahrzeug von Absatz A0 oder A1, wobei das Fahrzeug exakt ein Rad hat, das Brett erste und zweite Deckabschnitte enthält, die jeweils konfiguriert sind, um einen linken oder rechten Fuß eines Fahrers aufzunehmen, der allgemein orthogonal zur Fahrtrichtung des Bretts orientiert ist, und das exakt eine Rad zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten angeordnet ist und sich über diese erstreckt.
A3. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A2, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des Bretts beizubehalten, und der erste Parameter einen Balance-Winkel-Offset aufweist, so dass ein Einstellen des Balance-Winkel-Offsets effektiv bewirkt, dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
A4. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A3, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Brettwinkel und einem Referenzwinkel ist, und der erste Parameter eine Proportionalverstärkungskonstante aufweist, so dass das Einstellen der Proportionalverstärkungskonstante die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler ändert.
A5. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A4, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist zum:
- Bestimmen einer in der ersten Richtung verbrachten Bewegungsdauer; und
- in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
A6. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A5, wobei die Richtungsinformation Raddrehungsinformation aufweist.
A7. Das Fahrzeug von Absatz A6, wobei das eine oder die mehreren Räder zumindest einen Hall-Sensor aufweisen, wobei die Raddrehungsinformation eine Zählung von Hall-Übergängen aufweist, die von dem zumindest einen Hall-Sensor empfangen werden.
A8. Das Fahrzeug von Absatz A7, wobei der erste Parameter proportional in Bezug auf die Zählung der Hall-Übergänge eingestellt wird.
A9. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A8, wobei die Richtungsinformation eine Richtungsorientierung des Bretts relativ zu einer ebenen Orientierung aufweist.
A10. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A9, wobei die erste Richtung als rückwärts definiert ist und vom Benutzer wählbar ist.
A11. Das Fahrzeug von einem der Absätze A0 bis A10, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist um:
- in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine zweite Richtung angibt, den ersten Parameter rückzusetzen und den Balance-Betrieb des Motorcontrollers wieder aufzunehmen.
A12. Das Fahrzeug von Absatz A11, wobei der Nabenmotor in einem gelösten Zustand gehalten wird, bis die Brettorientierung eben ist.
B0. Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das Steuersystem aufweist:
- einen Nabenmotor, der zur Kopplung mit einem Rad eines Fahrzeugs konfiguriert ist;
- einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum:
  - Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Fahrzeug voranzutreiben;
  - in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und
  - in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
B1. Das Steuersystem von B0, wobei die Richtungsinformation eine veränderliche Höhe hat, und der erste Parameter proportional zur Höhe der Richtungsinformation automatisch eingestellt wird.
B2. Das Fahrzeug von Absatz B0 oder B1, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs beizubehalten, und der erste Parameter einen Balance-Winkel-Offset aufweist, so dass ein Einstellen des Balance-Winkel-Offsets effektiv bewirkt, dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
B3. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B2, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Winkel des neigbaren Abschnitts und einem Referenzwinkel ist, und der erste Parameter eine Proportionalverstärkungskonstante aufweist, so dass das Einstellen der Proportionalverstärkungskonstante die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler ändert.
B4. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B3, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist zum:
- Bestimmen einer in der ersten Richtung verbrachten Bewegungsdauer; und
- in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Lösen des Nabenmotors.
B5. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B4, wobei die Richtungsinformation Raddrehungsinformation aufweist.
B6. Das Fahrzeug von Absatz B5, wobei das Rad des Fahrzeugs zumindest einen Hall-Sensor aufweisen, wobei die Raddrehungsinformation eine Zählung von Hall-Übergängen aufweist, die von dem zumindest einen Hall-Sensor empfangen werden.
B7. Das Fahrzeug von Absatz B6, wobei der erste Parameter proportional in Bezug auf die Zählung der Hall-Übergänge eingestellt wird.
B8. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B7, wobei die Richtungsinformation eine Richtungsorientierung des neigbaren Abschnitts relativ zu der ebenen Orientierung aufweist.
B9. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B8, wobei die erste Richtung als rückwärts definiert ist und vom Benutzer wählbar ist.
B10. Das Fahrzeug von einem der Absätze B0 bis B9, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist um:
- in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine zweite Richtung angibt, den ersten Parameter rückzusetzen und den Balance-Betrieb des Motorcontrollers wieder aufzunehmen.
B11. Das Fahrzeug von Absatz B10, wobei der Nabenmotor in einem gelösten Zustand gehalten wird, bis die Brettorientierung eben ist.

Vorteile, Merkmale und Nutzen
Die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungen und Beispiele des Rückwärts-zum-Absteigen-Steuersystems bieten verschiedene Vorteile gegenüber bekannten Lösungen. Zum Beispiel bieten die hierin beschriebenen illustrativen Ausführungen und Beispiele ein intuitives Verfahren für den Fahrer zum Absteigen, was die Fahrerfahrung sowie auch die Sicherheit verbessert.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen reagieren die hierin beschriebenen illustrativen Ausführungen und Beispiele in einer proportionalen Weise, so dass der Fahrer den Absteigeprozess besser vorhersagbar steuern kann.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen erlauben die hierin beschriebenen illustrative Ausführungen und Beispiele das Lösen des Nabenmotors mittels Aspekten des Normalbetrieb-Steuerverfahrens zum Neigen des Bretts, so dass zusätzliche Knöpfe oder Benutzersteuerungen unnötig sind.
Kein bekanntes System oder keine bekannte Vorrichtung kann diese Funktionen durchführen. Jedoch bieten nicht alle hierin beschriebenen Ausführungen und Beispiele die gleichen Vorteile oder den gleichen Grad an Vorteilen.
Schlussfolgerung
Die oben aufgeführte Offenbarung kann mehrere unterschiedliche Beispiele mit unabhängigem Nutzen umfassen. Obwohl jedes von diesen in seiner bevorzugten Form(en) offenbart worden ist, sind dessen spezifische Ausführungen, wie hierin offenbart und illustriert, nicht als im einschränkenden Sinne zu betrachten, weil zahlreiche Varianten möglich sind. Soweit in dieser Offenbarung Abschnitt-Überschriften verwendet werden, dienen diese Überschriften nur zu Organisationszwecken. Der Gegenstand der Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Elemente, Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind. Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders heraus, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Es können auch andere Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften in Anmeldungen beansprucht werden, die die Priorität aus dieser oder einer verwandten Anmeldung beanspruchen. Solche Ansprüche, ob mit breiterem, engerem, gleichen oder unterschiedlichem Umfang zu den ursprünglichen Ansprüchen werden auch so angesehen, dass sie im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62596026 [0001]
US 9101817 [0001, 0028]
US 9452345 [0031]

Claims

Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist: ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse; ein Brett mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Brett um die Achse des einen oder der mehreren Räder herum neigbar ist; einen elektrischen Nabenmotor, der zum Antrieb des einen oder der mehreren Räder konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Bretts angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Brett vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Brett voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die Richtungsinformation eine veränderliche Höhe hat, und der erste Parameter proportional zur Höhe der Richtungsinformation automatisch eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei das Fahrzeug exakt ein Rad hat, das Brett erste und zweite Deckabschnitte enthält, die jeweils konfiguriert sind, um einen linken oder rechten Fuß eines Fahrers aufzunehmen, der allgemein orthogonal zur Fahrtrichtung des Bretts orientiert ist, und das exakt eine Rad zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten angeordnet ist und sich über diese erstreckt.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des Bretts beizubehalten, und der erste Parameter einen Balance-Winkel-Offset aufweist, so dass ein Einstellen des Balance-Winkel-Offsets effektiv bewirkt, dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Brettwinkel und einem Referenzwinkel ist, und der erste Parameter eine Proportionalverstärkungskonstante aufweist, so dass ein Einstellen der Proportionalverstärkungskonstante die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler ändert.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen einer in der ersten Richtung verbrachten Bewegungsdauer; und in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die Richtungsinformation Raddrehungsinformation aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 7, wobei das eine oder die mehreren Räder zumindest einen Hall-Sensor aufweisen, wobei die Raddrehungsinformation eine Zählung von Hall-Übergängen aufweist, die von dem zumindest einen Hall-Sensor empfangen werden.
Das Fahrzeug von Anspruch 8, wobei der erste Parameter proportional in Bezug auf die Zählung der Hall-Übergänge eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die Richtungsinformation eine Richtungsorientierung des Bretts relativ zu einer ebenen Orientierung aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die erste Richtung als rückwärts definiert ist und vom Benutzer wählbar ist.
Das Fahrzeug von Anspruch 1, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist um: in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine zweite Richtung angibt, den ersten Parameter rückzusetzen und den Balancier-Betrieb des Motorcontrollers wieder aufzunehmen.
Das Fahrzeug von Anspruch 12, wobei der Nabenmotor in einem ausgeschalteten Zustand gehalten wird, bis die Brettorientierung eben ist.
Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das Steuersystem aufweist: einen Nabenmotor, der zur Kopplung mit einem Rad eines Fahrzeugs konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Fahrzeug voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Steuersystem von Anspruch 14, wobei die Richtungsinformation eine veränderliche Höhe hat, und der erste Parameter proportional zur Höhe der Richtungsinformation automatisch eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs beizubehalten, und der erste Parameter einen Balance-Winkel-Offset aufweist, so dass ein Einstellen des Balance-Winkel-Offsets effektiv bewirkt, dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei eine proportional-integral-differentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Winkel des neigbaren Abschnitts und einem Referenzwinkel ist, und der erste Parameter eine Proportionalverstärkungskonstante aufweist, so dass ein Einstellen der Proportionalverstärkungskonstante die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler ändert.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen einer in der ersten Richtung verbrachten Bewegungsdauer; und in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei die Richtungsinformation Raddrehungsinformation aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 19, wobei das Rad des Fahrzeugs zumindest einen Hall-Sensor aufweisen, wobei die Raddrehungsinformation eine Zählung von Hall-Übergängen aufweist, die von dem zumindest einen Hall-Sensor empfangen werden.
Das Fahrzeug von Anspruch 20, wobei der erste Parameter proportional in Bezug auf die Zählung der Hall-Übergänge eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei die Richtungsinformation eine Richtungsorientierung des neigbaren Abschnitts relativ zu einer ebenen Orientierung aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei die erste Richtung als rückwärts definiert ist und vom Benutzer wählbar ist.
Das Fahrzeug von Anspruch 14, wobei die Prozesslogik ferner konfiguriert ist um: in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine zweite Richtung angibt, den ersten Parameter rückzusetzen und den Balancier-Betrieb des Motorcontrollers wieder aufzunehmen.
Das Fahrzeug von Anspruch 24, wobei der Nabenmotor im ausgeschalteten Zustand gehalten wird, bis die Brettorientierung eben ist.
Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist: ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse; ein Brett mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Brett um die Achse des einen oder der mehreren Räder herum neigbar ist; einen elektrischen Nabenmotor, der zum Antrieb des einen oder der mehreren Räder konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Bretts angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Brett vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Brett voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Blockieren eines Rotors des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 26, wobei das Blockieren des Rotors des Nabenmotors aufweist, einen nicht-kommutierenden Strom anzulegen.
Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das Steuersystem aufweist: einen Nabenmotor, der zur Kopplung mit einem Rad eines Fahrzeugs konfiguriert ist; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Abschnitts des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Fahrzeug voranzutreiben; in Antwort darauf, dass die Richtungsinformation eine erste Richtung angibt, Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation durch automatisches Einstellen eines ersten Parameters des Motorcontrollers; und in Antwort darauf, dass der erste Parameter einen ersten Schwellenwert erreicht, Blockieren eines Rotors des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 27, wobei das Blockieren des Rotors des Nabenmotors aufweist, einen nicht-kommutierenden Strom anzulegen.
Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist: ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse; einen Rahmen, der um die Achse des einen oder der mehreren Räder neigbar ist; einen elektrischen Nabenmotor, der konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Räder anzutreiben; und einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Rahmens angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt; wobei der Motorcontroller konfiguriert ist, um auf einen Hinweis, dass das Fahrzeug in rückwärtiger Richtung fährt, durch progressives Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation zu reagieren, und um den Nabenmotor basierend darauf, dass die Ansprechempfindlichkeit einen Schwellenwert erreicht, automatisch auszuschalten.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei der Hinweis, dass das Fahrzeug in rückwärtiger Richtung fährt, Fahrzeugrichtungsinformation mit veränderlicher Höhe enthält, und die Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Höhe der Fahrzeugrichtungsinformation automatisch proportional eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 31, wobei die Fahrzeugrichtungsinformation Raddrehungsinformation aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 32, wobei das eine oder die mehreren Räder zumindest einen Hall-Sensor aufweisen, wobei die Raddrehungsinformation eine Zählung von Hall-Übergängen aufweist, die von dem zumindest einen Hall-Sensor empfangen werden.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei der Hinweis, dass das Fahrzeug in der rückwärtigen Richtung fährt, Fahrzeugrichtungsinformation enthält, die eine Richtungsorientierung des Rahmens relativ zu einer ebenen Orientierung aufweist.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei das Fahrzeug exakt ein Rad aufweist, wobei der Rahmen ein Brett trägt, das erste und zweite Deckabschnitte enthält, die jeweils konfiguriert sind, um einen linken oder rechten Fuß eines Fahrers aufzunehmen, der allgemein orthogonal zu einer Fahrtrichtung des Bretts orientiert ist, und das exakt eine Rad zwischen den ersten und zweiten Deckabschnitten angeordnet ist und sich über diese erstreckt.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei eine proportional-integraldifferentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des Rahmens beizubehalten, und das Beschränken der Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers enthält, einen Balance-Winkel-Offset automatisch einzustellen, so dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei eine proportional-integraldifferentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Rahmenwinkel und einem Referenzwinkel ist, und das Beschränken der Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers enthält, eine Proportionalverstärkungskonstante automatisch einzustellen, um die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler zu ändern.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei der Motorcontroller ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen einer bei Rückwärtsfahrt verbrachten Dauer; und in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei eine Definition der Rückwärtsrichtung vom Benutzer wählbar ist.
Das Fahrzeug von Anspruch 30, wobei der Motorcontroller ferner konfiguriert ist, um: in Antwort auf einen Hinweis, dass das Fahrzeug in vorwärtiger Richtung fährt, die Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers rückzusetzen und den Balancierbetrieb wieder aufzunehmen.
Das Fahrzeug von Anspruch 40, wobei der Nabenmotor im ausgeschalteten Zustand gehalten wird, bis die Brettorientierung eben ist.
Selbst-balancierendes elektrisches Fahrzeug, welches aufweist: ein oder mehrere Räder mit einer gemeinsamen Drehachse; einen Rahmen, der um die Achse des einen oder der mehreren Räder neigbar ist; einen elektrischen Nabenmotor, der konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Räder anzutreiben; und einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung des Rahmens angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt; wobei der Motorcontroller konfiguriert ist, um auf einen Hinweis, dass das Fahrzeug in rückwärtiger Richtung fährt, durch progressives Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation zu reagieren und um einen Rotor des Nabenmotors basierend darauf automatischen zu blockieren, dass die Ansprechempfindlichkeit einen Schwellenwert erreicht.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei das Blockieren des Rotors des Nabenmotors aufweist, einen nicht-kommutierenden Strom anzulegen.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei der Hinweis, dass das Fahrzeug in rückwärtiger Richtung fährt, Fahrzeugrichtungsinformation mit veränderlicher Höhe enthält, und die Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Höhe der Fahrzeugrichtungsinformation automatisch proportional eingestellt wird.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei eine proportional-integraldifferentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um einen gewählten Balancewinkel des Rahmens beizubehalten, und das Beschränken der Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers enthält, einen Balance-Winkel-Offset automatisch einzustellen, so dass der Motorcontroller versucht, einen anderen Balance-Winkel einzuhalten.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei eine proportional-integraldifferentielle (PID)-Schleife des Motorcontrollers konfiguriert ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die proportional zu einem Fehler zwischen dem aktuellen Rahmenwinkel und einem Referenzwinkel ist, und das Beschränken der Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers enthält, eine Proportionalverstärkungskonstante automatisch einzustellen, um die Ansprechempfindlichkeit der PID-Schleife auf den Fehler zu ändern.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei der Motorcontroller ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen einer bei Rückwärtsfahrt verbrachten Dauer; und in Antwort darauf, dass die Dauer einen Dauerschwellenwert erreicht, Ausschalten des Nabenmotors.
Das Fahrzeug von Anspruch 42, wobei der Rotor des Nabenmotors in einem blockierten Zustand gehalten wird, bis die Rahmenorientierung eben ist.
Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das Steuersystem aufweist: einen Nabenmotor, der zur Kopplung mit einem Rad des Fahrzeugs konfiguriert ist; und einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um Orientierungsinformation zu empfangen, die eine Orientierung eines neigbaren Rahmens des Fahrzeugs angibt, und zu veranlassen, dass der Nabenmotor basierend auf der Orientierungsinformation das Fahrzeug vorantreibt, wobei der Motorcontroller eine Prozesslogik enthält, die konfiguriert ist zum: Empfangen von Richtungsinformation, die eine Richtung angibt, in der dem Nabenmotor befohlen wird, das Fahrzeug voranzutreiben; Reagieren auf einen Hinweis, dass dem Fahrzeug befohlen wird, in rückwärtiger Richtung zu fahren, durch progressives Beschränken einer Ansprechempfindlichkeit des Motorcontrollers auf die Orientierungsinformation; und automatisches Ausschalten des Nabenmotors basierend darauf, dass die Ansprechempfindlichkeit einen Schwellenwert erreicht.