一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種平衡性好的前后兩輪封閉式主動平衡車輛，包括車架、前輪、后輪、電池組、駕駛艙、前擋風和座椅，車架上面固定主動平衡系統，主動平衡系統包括上殼體和下殼體，上殼體和下殼體之間設有轉子盤，轉子盤頂部與上殼體相連，轉子盤上設有外轉子電機，外轉子電機的轉軸伸出下殼體，外轉子電機固定在下殼體上，下殼體兩端的伸出軸分別設置在左軸承座和右軸承座上，旋進電機帶動下殼體兩端的伸出軸轉動，旋進電機與電機固定座相連。本實用新型描述了采用多個固定在車架上的主動平衡系統，通過調節主動平衡系統施加在車架上的力來改變前后兩輪封閉式主動平衡車輛所受側傾力的方法來使車輛平衡。
【專利說明】
一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛
技術領域
[0001] 本發明涉及一種兩輪車，具體涉及一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛。
【背景技術】
[0002] 常規四輪汽車會產生大量的尾氣污染環境，是霧霾等災害性天氣的主要產生源； 在交通擁堵常規化的今天，其通過性有待提高。兩輪車系已逐漸成為城市交通的主要工具， 常規的兩輪車系具有方便性和經濟性的優點，但是不可避免，由于其平衡方面的缺陷，導致 其本身不能采用封閉式結構，在雨雪等惡劣天氣出行時候極為不方便，在兩輪車上面加上 全封閉的駕駛艙，可以提高駕駛的安全性和舒適性，因此需要采用一種安全可靠的方式來 解決前后兩輪封閉式車輛的平衡問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種平衡性好的前后兩輪封閉式 主動平衡車輛。
[0004] 本發明的技術方案是這樣實現的：一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛，包括車架、 前輪、后輪、電池組、駕駛艙、前擋風和座椅，車架上面固定主動平衡系統，主動平衡系統包 括上殼體和下殼體，上殼體和下殼體之間設有轉子盤，轉子盤頂部與上殼體相連，轉子盤上 設有外轉子電機，外轉子電機的轉軸伸出下殼體，外轉子電機固定在下殼體上，下殼體兩端 的伸出軸分別設置在左軸承座和右軸承座上，旋進電機帶動下殼體兩端的伸出軸轉動，旋 進電機與電機固定座相連。
[0005] 車架上安裝有由車輛安全輔助系統控制的彈性伸縮架。
[0006] 下殼體兩端的伸出軸上的傘齒與旋進電機端部的齒輪嚙合。
[0007] 駕駛艙上還設有剪刀門。
[0008] 含外轉子電機和固定在外轉子電機旋轉部分的外殼上的轉子盤所組成的機械旋 轉部分放置在一個密閉的空間中緊固組合為一個整體，并且在密封位置涂抹密封膠，將此 密閉空間抽真空。
[0009] 本發明描述了采用多個固定在車架上的主動平衡系統，通過調節主動平衡系統施 加在車架上的力來改變前后兩輪封閉式主動平衡車輛所受側傾力的方法來使車輛平衡。其 原理為重型旋轉質量、轉動慣量存儲為能量的機械裝置，在主動平衡系統內部存儲的能量 根據旋進電機旋轉的速率與旋進時間來控制主動平衡系統與水平方向的夾角，來產生作用 在車架上的反向扭矩用于控制平衡，并能根據外部應激速率通過控制部分來調節使主動平 衡達到控制車身平衡。
【附圖說明】
[0010] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0011] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0012] 圖2為主動平衡系統的結構示意圖。
[0013] 圖3為圖2的剖視圖。
[0014] 圖4為本發明的邏輯控制組成示意圖。
[0015] 圖5為安全系統工作后伸出的可收縮式彈性支架示意圖。
[0016] 其中：11.剪刀門，12.駕駛艙，13.前擋風，14.前輪，15.車架，16.主動平衡系統， 17.電池組，18.后輪，19.座椅，21.左軸承座，22.上殼體，23.轉子盤，24.第一螺釘，25.右軸 承座，27.下殼體，28.外轉子電機，29.第二螺釘，210.旋進電機，211.電機固定座，41.彈性 伸縮架。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018] 如圖1~5所示，一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛，包括車架15、前輪14、后輪18、 電池組17、駕駛艙12、前擋風13和座椅19,車架15上面固定主動平衡系統16,主動平衡系統 16包括上殼體22和下殼體27,上殼體22和下殼體27之間設有轉子盤23,轉子盤23頂部與上 殼體22相連，轉子盤23上設有外轉子電機28,外轉子電機28的轉軸伸出下殼體27,外轉子電 機28固定在下殼體27上，下殼體27兩端的伸出軸分別設置在左軸承座21和右軸承座25上， 旋進電機210帶動下殼體27兩端的伸出軸轉動，旋進電機210與電機固定座211相連。
[0019] 主動平衡系統16中，外轉子電機28分為可旋轉部分的外殼和含伸出軸不可旋轉的 內定子兩部分組成。上殼體22通過第一螺釘24與外轉子電機28外殼上的轉子盤23相連。外 轉子電機28拖動轉子盤23高速旋轉儲存能量，并根據旋進電機210的旋進角速度來調節平 衡系統的夾角。下殼體27通過第二螺釘29與外轉子電機28緊固配合，此時下殼體27的伸出 軸分別和兩端的含軸承的左軸承座21、含軸承的右軸承座25緊固定位，并通過螺釘固定在 車架上。
[0020] 下殼體27兩端的伸出軸上的傘齒與旋進電機210端部的齒輪嚙合。
[0021]駕駛艙12上還設有剪刀門11。
[0022]前后兩輪封閉式主動平衡車輛可看成是整體為以重心所在位置高度放置的一個 質點。前后兩輪封閉式主動平衡車輛在不受外力作用下，此時整車傾斜速度較小，可由角度 傳感器檢測整車的空間3D角度，當整車以重心為基點與地面夾角為90°時顯示整車為水平 狀態，旋進電機210不工作，即主動平衡系統16的機械旋轉部分處于水平狀態，即從整體緊 固好的主動平衡系統來看，整體以和左軸承座21和右軸承座25所配合的旋轉軸所在的平面 和整車所在平面的角度為0° ;當前后兩輪封閉式主動平衡車輛左傾和右傾時分別計為與地 面的夾角為負、正的兩個數值，此時控制系統根據力矩等各方面的計算使旋進電機210分別 按順時針和逆時針方向旋進一個合適的圈數，使主動平衡系統的外轉子電機28和機械旋轉 部分按照需要的方向傾斜一定的角度，以此來釋放能量作用在車架上，維持前后兩輪封閉 式主動平衡車輛平衡。即從整體緊固好的主動平衡系統來看，整體以和左軸承座21和右軸 承座25所配合的旋轉軸所在的平面和整車所在平面的所形成了一個大于0°的夾角角度。
[0023]如圖4所示，車輛行駛狀態根據傳感器傳輸到控制系統，控制系統經分析計算后分 別影響主動平衡系統在水平方向上的旋轉和垂直方向上的角度傾斜，并將此狀態通過信號 輸送至車輛狀態校正模塊，從而來控制整車在立體空間中的3D角度狀態和位置，安全控制 系統在實時檢測車輛校正模塊，一旦車輛無法通過校正模塊來保持車輛的安全位置狀態， 那么安全控系統立即以高優先級別介入，并以機械手段來控制和保正駕駛人員的安全。 [0024]當前后兩輪封閉式主動平衡車輛受外力傾斜時，此時因為有外力介入，傾斜的速 率較大，此時需要檢測車輛的傾斜角速度，通過角速度傳感器計算角加速度，以此來控制使 旋進電機210以較大的轉速迅速響應，從而避免車輛側翻。并且當這個外力施加的力矩為持 續力矩時，就需要主動平衡系統能提供一個持續的旋進方向的角速度來抵抗此持續力矩， 因此主動平衡系統16在前后兩輪封閉式主動平衡車輛中的安裝狀態必須是一個可以翻轉 180°的一個狀態。
[0025] 當在圖4中的邏輯控制部分最后一步的車輛輔助安全系統檢測時，假設兩個主動 平衡系統16都損壞或者車輛本身因為故障原因不能保持平衡時，此時車輛安全控制輔件彈 性伸縮架41從車身中彈出，如圖5所示的落地狀態，以機械方式保證車身平衡，從而保證駕 駛艙內人員安全。彈性伸縮架41是輔助安全的機械部分，可靠性高，可以有效的為車輛提供 二次安全保護，但時由于伸出后會影響整車的安全通過性，因此其通用狀態為常閉狀態，隱 藏于車身車架部分，當且僅當車身輔助安全系統檢測到整車有傾倒危險以及兩個主動平衡 系統16轉速過低或者不工作時，彈性伸縮架41才會轉為開合狀態。
[0026] 當車身受較大外部力矩撞擊后車體傾斜，此時要靠兩個主動平衡系統16來抵御外 部力矩，因此其安裝位置必須要在車架內側部位，并且有防護裝置避免在撞擊過程中受擠 壓而無法工作。
[0027] 平衡系統在系統中作為儲能裝置其儲能公式：
[0028] 其中
為陀螺儀旋轉時的轉動扭矩，前后兩輪封閉式主動平衡車輛 在行駛過程中有三種狀態，分別為水平、左傾和右傾）。
[0029] 當前后兩輪封閉式主動平衡車輛傾斜時，可看成是質點的簡單運動，其重力傾斜 產生的扭矩公式為:T = H*f*sin0
[0030] 其中m為轉子盤23的質量，《i為旋轉軸的角速度，r為轉子盤23的半徑，H為前后兩 輪封閉式主動平衡車輛的重心高度，f為前后兩輪封閉式主動平衡車輛的重量，9為前后兩 輪封閉式主動平衡車輛傾斜的角度。
[0031]以此可計算當整車質量為300千克，重心高度為0.5m，當傾斜角最大為90°時，此時 車身傾斜產生的最大扭矩為1500N ? m。
[0032]因此需要調節的平衡系統需要產生的調節扭矩必須要大于1500N ? m，因為錄入前 后兩輪封閉式主動平衡車輛中的主動平衡裝置16有兩個，每個需要調節的數值為大于 750N ? m，以此可以計算并達到平衡系統尺寸、質量以及轉速的三者相統一的數值。
[0033]在此狀態下不添加主動平衡系統或者平衡系統沒有啟動時，此前后兩輪封閉式主 動平衡車輛不能保持平衡狀態必須要傾倒，但是加入主動平衡系統16后，并且保持這兩個 主動平衡系統以計算好的轉速勻速轉動時，可以實現前后兩輪封閉式主動平衡車輛在沒有 任何支撐的條件下實現平衡而不傾斜。
[0034]藉此計算并將此理論依據作為
【發明內容】
，經過一系列實驗已驗證將此主動平衡系 統并采用合適的尺寸、質量以及轉速可以達到前后兩輪封閉式主動平衡車輛在靜止過程中 的平衡問題，在此過程中分別需要考慮保證的整車的質量以及主動平衡系統采用的機械旋 轉部分的安裝位置，以及在此過程中產生的一系列采取通過機械加工和裝配工藝所能影響 性能的優化，從而達到主動平衡系統的最優安裝性能。
[0035]由于在實施此項主動平衡系統的過程中，將持續的機械能輸出儲存為非連續做功 的儲能裝置，雖然考慮到需要主動平衡系統頻繁的調節以保持車體平衡，儲能裝置是在頻 繁的釋放能量用于維持車身平衡，但是在面對能耗折損方面時，這仍是一個極大的不可避 免的缺陷，經過計算動能釋放的利用率不到20%，作為整車能源供應部分的電池組17的供 能壓力較大，并可能會影響前后兩輪封閉式主動平衡車輛整車的續航里程，必須要采用一 種有效的方式來減少在儲能過程中的摩擦損耗，這樣可以大大提高系統輸出的效率和前后 兩輪封閉式主動平衡車輛整車的續航里程。
[0036]因此將含外轉子電機28和固定在外轉子電機28旋轉部分的外殼上的轉子盤23所 組成的機械旋轉部分放置在一個密閉的空間中緊固組合為一個整體，并且在密封位置涂抹 密封膠，外轉子電機28的伸出電源線和下殼體27配合處灌散熱密封膠，將此密閉空間抽真 空，以此來減少摩擦以及啟動系統的初始轉矩。由此實施平衡系統的最優化結果中產生可 預期的一系列減少摩擦的措施均視為與本發明所采用的真空狀態所相關的改變。
[0037]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種前后兩輪封閉式主動平衡車輛，包括車架（15)、前輪（14)、后輪（18)、電池組 (17)、駕駛艙（12)、前擋風（13)和座椅（19)，其特征在于:車架上面固定主動平衡系統（16)， 主動平衡系統（16)包括上殼體(22)和下殼體(27)，上殼體(22)和下殼體(27)之間設有轉子 盤(23)，轉子盤(23)頂部與上殼體(22)相連，轉子盤(23)上設有外轉子電機(28)，外轉子電 機(28)的轉軸伸出下殼體(27)，外轉子電機(28)固定在下殼體(27)上，下殼體(27)兩端的 伸出軸分別設置在左軸承座(21)和右軸承座(25)上，旋進電機(210)帶動下殼體(27)兩端 的伸出軸轉動，旋進電機(210)與電機固定座(211)相連。2. 根據權利要求1所述的前后兩輪封閉式主動平衡車輛，其特征在于:車架（15)上安裝 有由車輛安全輔助系統控制的彈性伸縮架(41)。3. 根據權利要求1所述的前后兩輪封閉式主動平衡車輛，其特征在于:下殼體(27)兩端 的伸出軸上的傘齒與旋進電機(210)端部的齒輪嚙合。4. 根據權利要求1或2或3所述的前后兩輪封閉式主動平衡車輛，其特征在于：駕駛艙 (12)上還設有剪刀門（11)。5. 根據權利要求1所述的前后兩輪封閉式主動平衡車輛，其特征在于：含外轉子電機 (28)和固定在外轉子電機(28)旋轉部分的外殼上的轉子盤(23)所組成的機械旋轉部分放 置在一個密閉的空間中緊固組合為一個整體，并且在密封位置涂抹密封膠，將此密閉空間 抽真空。
【文檔編號】B62K11/00GK205469533SQ201620295771
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】田國威, 李帥強
【申請人】鄭州千里雙騎科技有限公司