一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車，包括平衡車車架，左踏板，右踏板，左電機，右電機，電池模塊和控制系統，并依靠用戶兩只腳對平衡車體的不同壓力值來獲取用戶的轉向意圖，然后控制電機以不同轉速運動，從而實現轉向，保證車子平穩的運行。壓力控制轉向使得車子的機械結構得以簡化，同時車子的體積也有一定減小，用戶攜帶更加便攜。
【專利說明】
一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電動代步工具，具體的說是一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車。
【背景技術】
[0002]目前現有的平衡車代步產品有電動獨平衡輪車，兩輪電動平衡車，兩輪電動滑板車。兩輪平衡車因其實用性強、娛樂性強、學習方便等特點迅速風靡。兩輪電動平衡車又稱扭扭車，扭扭車增加中間的機械聯軸器，依靠陀螺儀感知左右兩側扭轉角度差，從而控制電機轉速差，控制轉向。這種依靠機械結構的扭轉角度差的控制方式，雖然可以實現扭扭車的靈活轉向，但是還存在機械結構復雜、速度較快控制不穩的問題，例如:扭轉的機械結構系統增加了平衡車的機械結構復雜度，增加了車體的重量和體積;扭轉的機械結構系統可以使扭扭車左右兩側扭轉，在低速行駛下轉向比較靈活，但是增加了在較快速度下行駛的不穩定性，容易產生安全問題。
[0003]小米平衡車，NineBot，Segway平衡車，樂行兩輪平衡車等，這些車子增加轉向把手或者增加腿部轉向桿，依靠電位器或者編碼器測量用戶期望的轉向角度，進而控制兩臺電機的不同轉速，實現轉向。這種依靠轉向桿的轉向控制方式，雖然可以實現兩輪電動平衡車的靈活轉向，并彌補了扭扭車依靠機械結構的扭轉角度差控制方式的缺點，但是也同樣增加了平衡車的機械結構復雜度，而且在一定程度上增加了車體的重量和體積。
【實用新型內容】
[0004]為克服上述現有技術存在的不足之處，本實用新型提出一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車，以期降低車身重量和體積的同時，保證車體平衡且穩定行駛。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:
[0006]本實用新型一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車的特點包括:平衡車車架，右踏板，左踏板，右輪轂電機，左輪轂電機，電池模塊和控制系統；
[0007]所述控制系統包括:左電機控制器，右電機控制器，左壓力傳感器，右壓力傳感器，陀螺儀傳感器，運動控制器；
[0008]在所述平衡車車架的兩側分別通過中心軸設置有所述左輪轂電機和右輪轂電機；
[0009]在所述平衡車車架上表面的兩側分別設置有所述左踏板和右踏板；
[0010]在所述左踏板與所述平衡車車架之間、以及所述右踏板與所述平衡車車架之間分別設置有所述左壓力傳感器和右壓力傳感器；
[0011]在所述平衡車車架的內部設置有所述電池模塊、左電機控制器、右電機控制器、陀螺儀傳感器和運動控制器；
[0012]所述運動控制器通過所述陀螺儀傳感器采集車身的俯仰角度信號，并分別傳遞給所述左電機控制器和右電機控制器，用于驅動所述右輪轂電機和左輪轂電機前進或后退并同時保持車體平衡;并通過所述左壓力傳感器或右壓力傳感器獲取壓力信號，用于控制車體的轉向；所述電池模塊用于為車體供電。
[0013]本實用新型所述的兩輪電動平衡車的特點也在于:
[0014]在所述左踏板與左壓力傳感器之間、以及所述右踏板和右壓力傳感器之間，分別設置有彈性薄片鋼板。
[0015]所述左、右壓力傳感器也可以為左、右壓力觸點開關。
[0016]與已有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0017]1、本實用新型壓力控制轉向的兩輪電動平衡車，可以通過感知人體重力變化控制車子轉向，并保證車體平衡且穩定。
[0018]2、本實用新型的兩輪電動平衡車轉向控制方式，通過采用左右兩側壓力傳感器采集壓力信號，通過控制器分配轉速實現車體的平衡穩定，并實現靈活轉向，克服了現有的平衡車依靠機械結構的扭轉角度差的控制方式和依靠轉向桿的轉向控制方式控制不穩定和機械結構復雜的問題。
[0019]3、本實用新型設計的壓力轉向控制方式大大增加了系統的安全性和穩定性，依靠轉向時內側壓力大于外側壓力的原理，并依靠壓力傳感器采集信號識別轉向意圖，從而實現了車體轉向，這種方式既能準確獲取駕駛意圖，又能保證駕駛安全，保證車子平穩的運行。
[0020]4、本實用新型設計的壓力轉向控制系統結構簡單，大大減小了整車的體積和重量，使用戶攜帶更加方便。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車的外觀示意圖；
[0022]圖2為本實用新型的兩輪電動平衡車的內部結構示意圖；
[0023]圖3為本實用新型的兩輪電動平衡車的其中一側壓力傳感器、踏板的和車架的安裝示意圖；
[0024]圖4為本實用新型的兩輪電動平衡車的控制系統結構示意圖；
[0025]圖中標號:I平衡車車架;2右踏板;3左踏板;4右輪轂電機;5左輪轂電機;6電池模塊；11運動控制器；12陀螺儀傳感器；13左壓力傳感器；14右壓力傳感器；15左電機控制器；16右電機控制器;18彈性薄片鋼板。
【具體實施方式】
[0026]如圖1、圖2所示，一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車包括:平衡車車架1，右踏板2，左踏板3，右輪轂電機4，左輪轂電機5，電池模塊6和控制系統；
[0027]控制系統包括:左電機控制器15，右電機控制器16，左壓力傳感器13，右壓力傳感器14，陀螺儀傳感器12，運動控制器11;
[0028]在平衡車車架I的兩側分別通過中心軸設置有左輪轂電機5和右輪轂電機4;作為優選左輪轂電機5和右輪轂電機4選擇5寸36V的永磁無刷直流輪轂電機，根據需要可以選擇其他直徑尺寸或者功率等級的輪轂電機。輪轂電機功能通過法蘭直接固定在車架I上。
[0029]平衡車車架I上表面的兩側分別設置有左踏板3和右踏板2;作為優選，左踏板和右踏板采用橡膠材料加工，可以增加摩擦力。
[0030]左踏板3與平衡車車架I之間、以及右踏板2與平衡車車架I之間分別設置有左壓力傳感器13和右壓力傳感器14;左壓力傳感器13和右壓力傳感器14選擇應變式壓力傳感器或者壓力觸點開關，本實施例中選擇應變式壓力傳感器。壓力傳感器用于采集人體對平衡車架的壓力值，并將壓力值作為轉向控制信號。
[0031]在平衡車車架I的內部設置有電池模塊6、左電機控制器15、右電機控制器16、陀螺儀傳感器12和運動控制器11;電機控制器用于控制輪轂電機，作為優選，左電機控制器15和右電機控制器16選擇同樣的型號電機控制器，本實施例中選擇300w的永磁無刷直流電機控制器。陀螺儀傳感器12用于測量車架的俯仰角度，作為優選，陀螺儀傳感器12，采用MPU6050陀螺儀傳感器，該傳感器應用廣泛，成本較低，采用貼片焊接的方式水平安裝在運動控制板11上。
[0032]運動控制器11通過陀螺儀傳感器12采集車身的俯仰角度信號，并分別傳遞給左電機控制器15和右電機控制器16，用于驅動右輪轂電機4和左輪轂電機5前進或后退并同時保持車體平衡;并通過左壓力傳感器13或右壓力傳感器14獲取壓力信號，用于控制車體的轉向。
[0033]控制系統結構示意圖如圖4所示。陀螺儀傳感器12通過I2C通信方式向運動控制器11發送俯仰角度信號，左壓力傳感器13或右壓力傳感器14模擬電壓信號輸出給運動控制器11的AD采樣通道，運動控制器11輸出兩路PWM信號分別控制左輪轂電機5和右輪轂電機4，具體地通過調節PffM信號的占空比來調整電機的轉速，占空比越高轉速越快。
[0034]電池模塊6用于提供整車的供電電源，作為優選，電池模塊6選擇三星的18650鋰離子電池組，電池組電壓36V，6Ah。根據不同的工作電壓需求可以設計成不同的電壓等級電池組，如48V或者60V等。
[0035]騎行時，騎行者左腳，右腳分別踏在左踏板3，右踏板2上，并保持站立姿勢，通過身體的前傾、后傾，分別控制車架的前傾、后傾，從而控制平衡車的前進，倒退;作為優選平衡控制采用傳統經典的PID控制方法。
[0036]具體實施中，兩輪電動平衡車的左踏板3與左壓力傳感器13之間、以及右踏板2和右壓力傳感器14之間，分別設置有彈性薄片鋼板18，如圖3所示。彈性薄片鋼板，具有一定的彈性和剛度，能夠準確穩定的反應出人體腳部對車體的壓力變化。以左側的壓力傳感器安裝作為實例，的應變式壓力傳感器安裝方式如圖3。壓力傳感器13安裝在車架I的凹坑內，為保證壓力采集穩定，采用彈性薄片鋼板18覆蓋在壓力傳感器13上，同時采用螺釘將彈性薄片鋼板18固定在車架I上。左踏板3覆蓋在彈性薄片鋼板18之上，使用粘性膠水粘接。
[0037]本實施例中，一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車的轉向控制方式是按如下步驟進行:
[0038]步驟1、運動控制器11通過左壓力傳感器13或右壓力傳感器14分別采集左踏板3的左壓力值和右踏板2上的右壓力值；
[0039]步驟2、運動控制器11判斷左壓力值是否等于右壓力值;若等于，則表示車體處于直線運行模式，并控制左輪轂電機5和右輪轂電機4的轉速相同，從而控制車體直線行駛;若不等于，則判斷左壓力值是否大于右壓力值;若大于，則表示車體處于左轉運行模式，并控制左輪轂電機5的轉速小于右輪轂電機4的轉速，從而控制車體的左轉行駛;否則，表示車體處于右轉運行模式，并控制左輪轂電機5的轉速大于右輪轂電機4的轉速，從而控制車體的右轉行駛。
【主權項】
1.一種壓力控制轉向的兩輪電動平衡車，其特征是包括:平衡車車架(I)，右踏板(2)，左踏板(3)，右輪轂電機(4)，左輪轂電機(5)，電池模塊(6)和控制系統； 所述控制系統包括:左電機控制器(15)，右電機控制器(I6)，左壓力傳感器(13)，右壓力傳感器(14)，陀螺儀傳感器(12)，運動控制器(11); 在所述平衡車車架(I)的兩側分別通過中心軸設置有所述左輪轂電機(5)和右輪轂電機⑷； 在所述平衡車車架(I)上表面的兩側分別設置有所述左踏板(3)和右踏板(2); 在所述左踏板(3)與所述平衡車車架(I)之間、以及所述右踏板(2)與所述平衡車車架(I)之間分別設置有所述左壓力傳感器(13)和右壓力傳感器(14); 在所述平衡車車架(I)的內部設置有所述電池模塊(6)、左電機控制器(15)、右電機控制器(16)、陀螺儀傳感器(12)和運動控制器(11); 所述運動控制器(11)通過所述陀螺儀傳感器(12)采集車身的俯仰角度信號，并分別傳遞給所述左電機控制器(15)和右電機控制器(16)，用于驅動所述右輪轂電機(4)和左輪轂電機(5)前進或后退并同時保持車體平衡;并通過所述左壓力傳感器(13)或右壓力傳感器(14)獲取壓力信號，用于控制車體的轉向；所述電池模塊(6)用于為車體供電。2.根據權利要求1所述的兩輪電動平衡車，其特征是，在所述左踏板(3)與左壓力傳感器(13)之間、以及所述右踏板(2)和右壓力傳感器(14)之間，分別設置有彈性薄片鋼板(18)。3.根據權利要求1所述的兩輪電動平衡車，其特征是，所述左、右壓力傳感器也可以為左、右壓力觸點開關。
【文檔編號】B62M6/50GK205524706SQ201620390639
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】鄧斌, 趙韓, 甄圣超, 邵可, 于蓉蓉
【申請人】合肥工業大學智能制造技術研究院, 安徽合動智能科技有限公司