用重心控制的空心無輻獨(dú)輪自平衡電動(dòng)車及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車，具體涉及一種用重心控制的空心無輻獨(dú)輪自平衡電動(dòng)車，屬于自平衡電動(dòng)車技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雙輪自平衡電動(dòng)車現(xiàn)已出現(xiàn)在各種代步場合，但傳統(tǒng)的雙輪自平衡電動(dòng)車需要騎行者用重心控制前后平衡，用把手控制轉(zhuǎn)向。造成車體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，便攜性大大降低；為了解決該技術(shù)問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也在不斷的嘗試，市場上新的自平衡電動(dòng)車大都比較復(fù)雜，都采用輪轂電機(jī)提供動(dòng)力，造成車體體積較大，重量較重，便攜性大大降低，成本較高，拆卸維修麻煩，因此，迫切的需要一種新的技術(shù)方案解決該技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種用重心控制的空心無輻獨(dú)輪自平衡電動(dòng)車，該設(shè)備是一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、使用方便、成本低廉的自平衡電動(dòng)車，通過微處理器通過檢測操縱者的左側(cè)和右側(cè)前后重心的變化進(jìn)而通過分別控制左側(cè)和右側(cè)電機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)車輛的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種用重心控制的空心無輻獨(dú)輪自平衡電動(dòng)車，其特征在于，所述電動(dòng)車包括電動(dòng)車本體以及設(shè)置在電動(dòng)車外部的外殼，所述電動(dòng)車本體包括車架以及設(shè)置在車架兩側(cè)的腳踏板，所述車架內(nèi)設(shè)置有傳動(dòng)組件、支撐組件以及控制電路，所述控制電路通過通過檢測操縱者的前后重心的變化進(jìn)而通過電機(jī)控制車輛的前進(jìn)和后退，通過身體傾斜實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)彎。整個(gè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)巧妙，節(jié)后緊湊、成本較低，該平衡車外形為獨(dú)特的空心“環(huán)軌”形狀，空心的外形形成了自然的握持空間，不用額外為平衡車設(shè)計(jì)把手和握把，可以給騎行者帶來更為舒適的騎行體驗(yàn)。
[0005]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述傳動(dòng)組件包括電機(jī)、同步帶輪、設(shè)置在同步帶輪上的同步帶、與同步帶輪相結(jié)合的斜齒輪、無輻輪轂、設(shè)置在無輻輪轂上的斜齒內(nèi)齒圈，電機(jī)將動(dòng)力通過同步帶輪和同步帶傳遞給斜齒輪，斜齒輪再與無輻輪轂上的斜齒內(nèi)齒圈嚙合將動(dòng)力傳遞給無輻輪轂。該技術(shù)方案通過兩次減速傳動(dòng)，將轉(zhuǎn)速降低到所需的范圍；同時(shí)增大了扭矩，保證了行進(jìn)所需的足夠的動(dòng)力。該技術(shù)方案使用體積較小的電機(jī)來取代笨重的輪轂電機(jī)，極大減輕了車體的重量；體積較小的傳動(dòng)部件可以全部放置在踏板下方，踏板上方的厚度僅為8cm，更加小巧便捷；該技術(shù)方案采用無輻輪轂，將電機(jī)與傳動(dòng)組件置于輪轂內(nèi)部，極大減小了車身體積；同時(shí)形成了獨(dú)特的空心“環(huán)軌”外形；該技術(shù)方案采用兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)，提供穩(wěn)定的行進(jìn)速度與強(qiáng)勁的扭矩；該技術(shù)方案采用齒輪與內(nèi)齒圈嚙合的齒輪傳動(dòng)方式，次傳動(dòng)方式使得傳動(dòng)件分布在內(nèi)齒圈內(nèi)部，自己形成一個(gè)相對(duì)封閉的空間，防止行進(jìn)過程道路上的粉塵、石子、積水等雜物進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述支撐組件包括承重輪、用于支撐承重輪的承重輪軸，所述承重輪軸兩端均均設(shè)置有L型支撐架，所述承重輪的數(shù)量為四個(gè)，其中兩個(gè)承重輪設(shè)置在機(jī)架車體的下方，另外兩個(gè)承重輪設(shè)置在外殼上，位于車身上方。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述無輻輪轂的支撐面設(shè)置為120°的V型，設(shè)置在機(jī)架車體下方的承重輪支撐面設(shè)置為120° V型槽，所述無輻輪轂的支撐面與承重輪支撐面相互配合，形成V型導(dǎo)軌。其中兩個(gè)承重輪安裝在機(jī)架中位于車體下方，另外兩個(gè)安裝在外殼上，位于車身上方。上方的承重輪不承受重量，一方面固定輪轂的位置，另一方面限制輪轂的方向起導(dǎo)向作用。輪轂的支撐面為120度的V型，承重輪支撐面為120度的V型槽，兩者配合形成V型導(dǎo)軌，既可以承受徑向力，又可以承受軸向力。使用過程中，騎行者的重量全部由踏板通過支架傳遞給承重輪和輪轂，車身的重力集中在機(jī)架部分，塑料外殼不承擔(dān)重量，這種結(jié)構(gòu)可以保證外殼的強(qiáng)度和剛度，使外殼不會(huì)變形。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述控制電路包括微處理器、電源模塊、溫度傳感器、電流傳感器、霍爾傳感器、姿態(tài)檢測單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、藍(lán)牙模塊、觸摸檢測模塊、人機(jī)交互模塊，所述電源模塊、溫度傳感器、電流傳感器、霍爾傳感器、姿態(tài)檢測單元，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、藍(lán)牙模塊、觸摸檢測模塊、人機(jī)交互模塊均與微處理器相連，所述姿態(tài)檢測單元由陀螺儀和加速度計(jì)組成，用于檢測車體相對(duì)于地面的姿態(tài)。該技術(shù)方案中，電源模塊用于控制電池向電路板以及電機(jī)供電以及控制電池的充電過程；姿態(tài)檢測單元由陀螺儀、加速度計(jì)組成，陀螺儀和加速度計(jì)用于檢測車體相對(duì)于地面的姿態(tài)。人機(jī)交互模塊主要控制觸摸開關(guān)，并將車輛的相關(guān)信息顯示在指示燈或者通過聲音提示操縱者；所述的電池組位于車體內(nèi)部，用于向控制電路、輪轂電機(jī)、指示燈供電；充電器用于連接車輛的充電口和插座；所述的客戶端為可以與電動(dòng)車進(jìn)行無線通訊的設(shè)備，從而對(duì)車輛的行駛參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，也可以對(duì)車輛的限速值進(jìn)行設(shè)置?；魻杺鞲衅饔糜跈z測電機(jī)的位置，實(shí)現(xiàn)無刷電機(jī)的磁場矢量定向控制。微處理器模塊為總控制單元，控制各個(gè)信號(hào)的采集，運(yùn)行控制算法，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將微控制器的邏輯控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述藍(lán)牙模塊用于藍(lán)牙信號(hào)的接收和發(fā)送，實(shí)現(xiàn)車輛與客戶端的無線通訊。所述遙控?zé)o線模塊用于接收遙控器的信號(hào)并解碼，將解碼之后的指令發(fā)送給微控制器模塊。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電動(dòng)車外殼上設(shè)置有前照明燈、尾燈、電量顯示燈、轉(zhuǎn)向燈中的至少一個(gè)，所述前照明燈、尾燈、電量顯示燈、轉(zhuǎn)向燈中均采用扣合的方式固定在外殼上，所述外殼上還設(shè)置有充電口和滑動(dòng)觸控開關(guān)。電量顯示燈用于顯示電量情況，便于及時(shí)充電，照明燈用于照明，轉(zhuǎn)向燈用于轉(zhuǎn)向。設(shè)計(jì)的照明燈，騎行時(shí)可以照亮前方區(qū)域，同時(shí)可以引起路人的注意，進(jìn)行避讓。在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向燈會(huì)連續(xù)閃爍，示意轉(zhuǎn)向的方向，起到轉(zhuǎn)向燈的作用。這些燈的安裝采用扣合的方式，省略螺釘?shù)染o固件，安裝方便。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述外殼上設(shè)置有下防護(hù)罩，所述下防護(hù)罩設(shè)置在腳踏板的下方。該防護(hù)罩用于保護(hù)平衡車車架內(nèi)部結(jié)構(gòu)，延長平衡車的使用時(shí)間。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述承重輪上包覆有軟膠。承重輪包覆具有吸震作用的軟膠，緩解了傳動(dòng)中的振動(dòng)、沖擊，降低了噪音；同時(shí)也增大了承重輪與輪轂的摩擦力，防止側(cè)滑。
[0012]一種用重心控制的空心無輻獨(dú)輪自平衡電動(dòng)車的控制方法，其特征在于，所述控制方法如下:當(dāng)駕駛者需要開機(jī)時(shí)，按下電源開關(guān)，平衡車進(jìn)入待機(jī)模式；用手指滑動(dòng)觸控開關(guān)，相應(yīng)的指示燈量，平衡電動(dòng)車進(jìn)入平衡模式，陀螺儀開始檢測車身狀態(tài)，如果前后傾角不在±30度，左右傾角不在±45度時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出警報(bào)聲音，且車輛不會(huì)啟動(dòng)；如果前后傾角在±30度，左右傾角在±45度時(shí)，則陀螺儀和加速度計(jì)將開始每5ms采集車體相對(duì)于地面的位置，并將位置信息傳遞給姿態(tài)檢測單元，姿態(tài)檢測單元通過平衡算法計(jì)算出車輛平衡所需的車輪力矩值，將此信息傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，到下一個(gè)周期時(shí)，陀螺儀和加速度計(jì)繼續(xù)采集姿態(tài)信息，姿態(tài)檢測單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，反復(fù)重復(fù)上述過程，車輛即可實(shí)現(xiàn)平衡駕駛者開始對(duì)車輛進(jìn)行駕駛，駕駛者站立在腳踏板上，身體前傾時(shí)，會(huì)使車體產(chǎn)生向前的傾角，微處理器會(huì)根據(jù)傾角時(shí)刻調(diào)整車輪的轉(zhuǎn)矩，使車輛向前行駛；如果車輛達(dá)到了設(shè)定的最高速度即18km/h，車體將向后傾斜，使駕駛者的重心向后，姿態(tài)檢測單元會(huì)根據(jù)此時(shí)的車輛傾角時(shí)刻降低車輪的轉(zhuǎn)速，從而將車速控制在限定的值之內(nèi)。駕駛者也可以根據(jù)上述原理實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的減速。
[0013]車輛開機(jī)后，駕駛者通過藍(lán)牙通訊模塊，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車與客戶端的無線通訊，從而對(duì)車輛的行駛參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，也可以對(duì)車輛的限速值進(jìn)行設(shè)置；
在非騎行狀態(tài)下，用戶按下遙控開關(guān)或滑動(dòng)觸控開關(guān)，電動(dòng)車將關(guān)機(jī)。
[0014]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，I)整個(gè)技術(shù)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便；
2)該技術(shù)方案通過兩次減速傳動(dòng)，將轉(zhuǎn)速降低到所需的范圍；同時(shí)增大了扭矩，保證了行進(jìn)所需的足夠的動(dòng)力，該技術(shù)方案使用體積較小的電機(jī)來取代笨重的輪轂電機(jī)，極大減輕了車體的重量；體積較小的傳動(dòng)部件可以全部放置在踏板下方，踏板上方的厚度僅為8cm，更加小巧便捷；3)該技術(shù)方案采用無輻輪轂，將電機(jī)與傳動(dòng)組件置于輪轂內(nèi)部，極大減小了車身體積；同時(shí)形成了獨(dú)特的空心“環(huán)軌”外形；該技術(shù)方案采用兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)，提供穩(wěn)定的行進(jìn)速度與強(qiáng)勁的扭矩；4)該技術(shù)方案采用齒輪與內(nèi)齒圈嚙合的齒輪傳動(dòng)方式，次傳動(dòng)方式使得傳動(dòng)件