一種高靈敏度轉(zhuǎn)向的獨(dú)輪雙環(huán)面自行車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及交通領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種高靈敏度轉(zhuǎn)向的獨(dú)輪雙環(huán)面自行車的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 獨(dú)輪自行車作為民間娛樂(lè)項(xiàng)目常見(jiàn)于雜技和藝術(shù)表演中，隨著時(shí)代的發(fā)展，獨(dú)輪 自行車慢慢地融入和體育運(yùn)動(dòng)和健身活動(dòng)之中，如今，獨(dú)輪自行車更多地成為了一種新型 代步方式。但是傳統(tǒng)的獨(dú)輪自行車需要駕駛者具有極好的協(xié)調(diào)力和掌控平衡的能力，為了 使獨(dú)輪自行車更好地適應(yīng)于大眾，具有自平衡性能和體感操作性能的獨(dú)輪自行車應(yīng)運(yùn)而 生，但是，至今為止，獨(dú)輪自行車的仍存在一個(gè)極為棘手的問(wèn)題，即轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 小半徑高靈敏度轉(zhuǎn)彎，如何解決運(yùn)一問(wèn)題是獨(dú)輪自行車突破當(dāng)前發(fā)展限制的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)高靈敏度轉(zhuǎn)向和原地旋 轉(zhuǎn)的獨(dú)輪雙環(huán)面自行車。本發(fā)明的獨(dú)輪雙環(huán)面自行車可依據(jù)當(dāng)前車速和路況實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)角 和轉(zhuǎn)向半徑，實(shí)現(xiàn)高靈敏度轉(zhuǎn)向，當(dāng)行駛速度較高時(shí)，可通過(guò)自旋降低行駛速度，實(shí)現(xiàn)安全 轉(zhuǎn)向。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種獨(dú)輪雙環(huán)面自行車包括車頭、車座、雙環(huán)面車 輪、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)器、車輛轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。
[0005] 所述的車頭和車座位于車身上方并與車身相連接或一體構(gòu)成，所述的雙環(huán)面車輪 位于車身下方，并通過(guò)軸與車身相連接。
[0006] 所述的雙環(huán)面車輪由兩個(gè)距離小于d的輪子組成，所述的兩個(gè)距離小于d的輪子 分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述的d在滿足工藝設(shè)計(jì)的條件下應(yīng)盡可能地??；所述的雙環(huán)面車 輪、也可由兩個(gè)共軸的基于磁懸浮的輪子構(gòu)成；所述的雙環(huán)面車輪、的兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速由控 制系統(tǒng)控制；所述的雙環(huán)面車輪可確保獨(dú)輪雙環(huán)面自行車在水平方向保持平衡。
[0007] 所述的傳感器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)角角度傳感器、速度角度傳感器、速度傳感器構(gòu)成；所述 的轉(zhuǎn)角角度傳感器位于車頭，用于檢測(cè)車頭的轉(zhuǎn)角a ;所述的車頭的轉(zhuǎn)角a是用戶轉(zhuǎn)動(dòng)車 頭的角度；所述的車頭的轉(zhuǎn)角a滿足-180?！禷《180°、a = +360°或a = -360°， 車頭的轉(zhuǎn)角a為正數(shù)時(shí)表示車頭向右轉(zhuǎn)，車頭的轉(zhuǎn)角a為負(fù)數(shù)時(shí)表示車頭向左轉(zhuǎn)，車頭的 轉(zhuǎn)角a =+360°時(shí)，表示車輛向右原地旋轉(zhuǎn)，車頭的轉(zhuǎn)角a =-360°時(shí)，表示車輛向左原 地旋轉(zhuǎn)；所述的速度角度傳感器位于車頭的速度調(diào)節(jié)器，用于檢測(cè)速度調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)角度 0 ;所述的速度傳感器分別位于雙環(huán)面車輪的兩個(gè)輪子，用于檢測(cè)左側(cè)輪子的行駛速度Vi 和右側(cè)輪子的行駛速度V2;所述的轉(zhuǎn)角角度傳感器、速度角度傳感器和速度傳感器分別連 續(xù)把所檢測(cè)到的車頭的轉(zhuǎn)角a、速度調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)角度和左、右兩側(cè)側(cè)輪子的行駛速度Vi、 V2發(fā)送至控制系統(tǒng)。
[0008] 所述的速度調(diào)節(jié)器是指一個(gè)位于車頭的可旋轉(zhuǎn)的任意裝置，用戶通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度調(diào) 節(jié)器向控制系統(tǒng)傳遞速度指令。
[0009] 所述的車輛轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)包括巧螺儀和加速度傳感器；所述的車輛轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng) 連續(xù)將檢測(cè)到的信息發(fā)送至控制系統(tǒng)。
[0010] 所述的控制系統(tǒng)獲取傳感器系統(tǒng)提供的信息；所述的傳感器系統(tǒng)提供的信息包括 車頭的轉(zhuǎn)角a、速度調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)角度P、雙環(huán)面車輪的左側(cè)輪子的行駛速度Vi和右側(cè)輪 子的行駛速度V2;所述的控制系統(tǒng)獲取車輛轉(zhuǎn)角檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信息，并經(jīng)過(guò)分析處理 后獲得車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)角T ;所述的控制系統(tǒng)依據(jù)傳感器系統(tǒng)提供的信息和車輛實(shí)際轉(zhuǎn)角 丫調(diào)節(jié)Vl和V2,實(shí)現(xiàn)調(diào)速和轉(zhuǎn)向。
[0011] 所述的速度調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)角度P與用戶的目標(biāo)行駛速度V滿足V = kP ;所述的 k由工藝設(shè)計(jì)時(shí)人為決定。
[0012] 所述的制動(dòng)系統(tǒng)包括再生制動(dòng)系統(tǒng)和摩擦制動(dòng)系統(tǒng)，可提供再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng) 兩種方式；所述的制動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)強(qiáng)度較低時(shí)，首先采取再生制動(dòng)方式，在制動(dòng)強(qiáng)度較高 時(shí)，采用再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)相結(jié)合的方式。
[0013] 所述的供電系統(tǒng)通過(guò)充電儲(chǔ)能后，為雙環(huán)面車輪、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)，車輛轉(zhuǎn) 角檢測(cè)系統(tǒng)和再生制動(dòng)系統(tǒng)供電。
[0014] 所述的一種基于磁懸浮的輪子包括內(nèi)輪、外輪、懸浮系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)和 通信系統(tǒng)。。
[0015] 所述的內(nèi)輪和外輪為同屯、圓，且外輪的過(guò)中屯、軸線的任意截面呈半包內(nèi)輪的過(guò) 中屯、軸線的任意截面的形狀；所述內(nèi)輪開(kāi)有中屯、通孔；所述的內(nèi)輪的中屯、通過(guò)軸與車身相 連。
[0016] 所述的內(nèi)輪和外輪優(yōu)選W下結(jié)構(gòu)：過(guò)內(nèi)輪的中屯、軸線的任意截面為兩個(gè)T型結(jié) 構(gòu)，且兩個(gè)T型結(jié)構(gòu)的尾端相對(duì)；所述外輪的過(guò)中屯、軸線的任意截面為向右旋轉(zhuǎn)90°的C 型結(jié)構(gòu)，并且C型結(jié)構(gòu)的A-B段和I-J段與內(nèi)輪的兩個(gè)T型首端下平面相平行，C-D段和G-H 段與內(nèi)輪的兩個(gè)T型首端側(cè)面相平行，E-F段與內(nèi)輪的T型首端上平面相平行，C型結(jié)構(gòu)的 其他段W光滑曲線相連接。
[0017] 所述的懸浮系統(tǒng)包括化個(gè)懸浮單元，n > 4 ;所述的懸浮單元包括懸浮初級(jí)、懸浮 次級(jí)和懸浮氣隙傳感器；所述的懸浮初級(jí)為電磁鐵，位于內(nèi)輪，優(yōu)選位于內(nèi)輪的T型首端的 兩個(gè)下平面的下側(cè)；所述的懸浮次級(jí)為永磁體或金屬板，位于外輪，優(yōu)選位于外輪的C型結(jié) 構(gòu)內(nèi)側(cè)的A-B段和I-J段；所述的懸浮氣隙傳感器位于內(nèi)輪或外輪，優(yōu)選位于T型首端的兩 個(gè)下平面的下側(cè)或位于外輪的C型結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的A-B段和I-J段；所述的懸浮初級(jí)產(chǎn)生的磁 場(chǎng)與懸浮次級(jí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用W提供外輪相對(duì)內(nèi)輪懸浮的懸浮力，使外輪相對(duì)內(nèi)輪 懸??；所述的懸浮力為吸引力，懸浮力的方向與內(nèi)輪半徑方向一致。
[0018] 所述的電磁鐵為直流激磁或交流激磁，優(yōu)選直流激磁；所述的懸浮次級(jí)可W為多 種形狀，優(yōu)選U型次級(jí)。
[0019] 所述的牽引系統(tǒng)可由一個(gè)或多個(gè)牽引單元構(gòu)成；所述的牽引單元包括牽引初級(jí)、 牽引次級(jí)和位置傳感器；所述的牽引初級(jí)為=相交流繞組或=相交流軌道，位于內(nèi)輪，優(yōu)選 位于內(nèi)輪的T型首端的上平面的上側(cè)；所述的牽引次級(jí)為金屬板或超導(dǎo)磁體，位于外輪，優(yōu) 選位于外輪的C型結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的E-F段；所述的位置傳感器分布于外輪，優(yōu)選位于外輪的C型 結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的E-F段；所述的牽引初級(jí)與牽引次級(jí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，為外輪運(yùn)動(dòng)提供 切向力。所述的切向力與輪子的半徑及內(nèi)輪的中屯、軸線相垂直并指向車輪前進(jìn)方向。
[0020] 所述的導(dǎo)向系統(tǒng)包括2m個(gè)導(dǎo)向單元，m > 4 ;所述的導(dǎo)向單元包括導(dǎo)向初極、導(dǎo)向 次級(jí)和導(dǎo)向氣隙傳感器；所述的導(dǎo)向初極為電磁鐵，位于內(nèi)輪，優(yōu)選位于內(nèi)輪的兩個(gè)T型首 端側(cè)面的外側(cè)；所述的導(dǎo)向次級(jí)為永磁體或金屬板，位于外輪，優(yōu)選位于外輪的C型結(jié)構(gòu)內(nèi) 側(cè)的C-D段和G-H段；所述的導(dǎo)向氣隙傳感器位于內(nèi)輪或外輪，優(yōu)選位于內(nèi)輪的兩個(gè)T型首 端側(cè)面的外側(cè)或外輪的C型結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的C-D段和G-H段；所述的導(dǎo)向初極產(chǎn)生的磁場(chǎng)與導(dǎo) 向次級(jí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用W提供導(dǎo)向力；所述的導(dǎo)向力為吸引力，并與內(nèi)輪的中屯、軸 線相平行。
[0021] 所述的電磁鐵為直流激磁或交流激磁，優(yōu)選直流激磁；所述的導(dǎo)向次級(jí)可W為多 種形狀，優(yōu)選U型次級(jí)；所述的導(dǎo)向系統(tǒng)在控制系統(tǒng)檢測(cè)到氣隙值大于設(shè)定的氣隙闊值e 時(shí)，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令調(diào)節(jié)導(dǎo)向力的大?。凰鰁為工藝設(shè)計(jì)時(shí)人為設(shè)定的氣隙值。
[0022] 所述的通信系統(tǒng)的通信方式包括有線和無(wú)線，所述的基于磁懸浮的輪子通過(guò)通信 系統(tǒng)與車輛的控制系統(tǒng)通信。
[0023] 進(jìn)一步地，所述的懸浮系統(tǒng)的具體工作方法如下：
[0024] 1)化個(gè)懸浮初級(jí)分兩列分別均勻分布于內(nèi)輪，對(duì)應(yīng)于化懸浮初級(jí)有化個(gè)懸浮次 級(jí)分布于外輪，化個(gè)懸浮氣隙傳感器位于內(nèi)輪或外輪并對(duì)應(yīng)于懸浮初級(jí)和懸浮次級(jí)分布； [00巧]2)供電系統(tǒng)向懸浮初級(jí)供電，懸浮初級(jí)與懸浮次級(jí)相互作用產(chǎn)生懸浮力使 內(nèi)輪與外輪分離產(chǎn)生氣隙，第i個(gè)懸浮氣隙傳感器對(duì)應(yīng)的氣隙高度為hi，（i = 1，2, 3--2n-l, 2n)；
[002引扣控制系統(tǒng)連續(xù)檢測(cè)第i個(gè)懸浮氣隙傳感器處的氣隙高度hi，判斷是否滿足 hi=h。，若滿足，則控制系統(tǒng)無(wú)操作；若hi<h。，則增大懸浮力（i = 1，2,3…化-1，化）， Fii為第i個(gè)懸浮初級(jí)和對(duì)應(yīng)的懸浮次級(jí)提供的懸浮力諾h 1> h。，則減小懸浮力（i = 1，2, 3…化-1，2n)。其中，所述h。為工藝設(shè)計(jì)時(shí)人為設(shè)定的氣隙值。
[0027] 當(dāng)牽引次級(jí)由金屬板構(gòu)成時(shí)，牽引初級(jí)為=相交流繞組，所述的牽引系統(tǒng)的具體 工作方法如下：
[0028] 1)用戶設(shè)定當(dāng)前的行駛速度V，控制系統(tǒng)獲取行駛速度V;
[002引?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出指令，在構(gòu)成牽引初級(jí)的立相繞組中通入立相對(duì)稱正弦電流，產(chǎn) 生氣隙磁場(chǎng)，當(dāng)不考慮由于鐵屯、兩端開(kāi)斷而引起的縱向邊端效應(yīng)時(shí)，運(yùn)個(gè)氣隙磁場(chǎng)的的分 布情況可看成沿展開(kāi)的直線方向呈正弦形分布；當(dāng)=相電流隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)將按 A、B、C相序沿輪子內(nèi)環(huán)邊緣移動(dòng)，行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度為V,，v,= 2f X，X為極距，f為電 流頻率；
[0030] 3)由金屬板構(gòu)成的外輪在行波磁場(chǎng)切割下，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并形成電流；
[0031] 電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生切向電磁推力Fx，在Fx的作用下，內(nèi)輪固定不動(dòng)， 那么外輪就順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，外輪的線速度用V表示，轉(zhuǎn)差率用是S表示，貝U 有V=(1-S)Vs;
[003引 4)位置傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)位置信息，將位置信息發(fā)送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)位 置信息獲取當(dāng)前的輪子的線速度V'，將當(dāng)前輪子的線速度V'與用戶設(shè)定的行駛速度V進(jìn) 行比較，若V' <v，則通過(guò)調(diào)節(jié)電流頻率f或轉(zhuǎn)差率S增大F，W增大V';若V' >v，則通 過(guò)調(diào)節(jié)電流頻率f或轉(zhuǎn)差率S減小F，W減小V';若V' = V，則不做任何操作。
[0033] 5)用戶發(fā)出制動(dòng)指令，則在S相交流繞組中通入反向電流，直到控制系統(tǒng)獲取到 的輪子當(dāng)前線速度V'=0,停止向牽引系統(tǒng)供電。
[0034] 當(dāng)牽引次級(jí)為超導(dǎo)磁體時(shí)，牽引初級(jí)為=相交流軌道線圈，所述的牽引系統(tǒng)具體 的工作方法如下：
[0035] 1)用戶設(shè)定當(dāng)前的行駛速度V，控制系統(tǒng)獲取行駛速度V;
[0036] 2)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，交流電源向構(gòu)成牽引初級(jí)的=相交流軌道供電，產(chǎn)生交流 磁場(chǎng)；
[0037] 3)構(gòu)成牽引