CN101417682A - 前后向自平衡式电动独轮车 - Google Patents

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程凯
杨晓
张吉昌
杨江波
赵希勇
梁法通
洪南
栾晓宁
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Abstract

本发明涉及一种电动独轮车，属于交通工具领域。特别是一种依照特定控制算法，自动实现前后平衡，而左右平衡需要依靠骑行人掌控的新型电动独轮车。独轮车通电后，控制器检测来自惯性传感器的车体姿态数据，包括倾角及倾角速率，根据设定算法，得到控制参数，传递给驱动器，由驱动器来驱动电动车轮按照参数确定的速率向前或向后运转，以补偿前后倾导致的倾角变化，从而使车体达到前后向平衡。没有了需要控制前后平衡的顾虑，骑行人便可专注于左右平衡的控制，可以很快学习并掌握这种独轮车的骑行技巧。

Description

前后向自平衡式电动独轮车
技术领域
本发明涉及一种电动独轮车，特别是一种依照特定控制算法，自动实现前后平衡，而左右平衡需要依靠骑行人掌控的新型电动独轮车。属于交通工具领域。
技术背景
独轮车是一项传统的运动项目，它集运动、娱乐、健身于一体。我国一直以来也都有着独轮车杂技表演的传统项目。1996年，我国国家体委竞赛司、国家教委体育卫生与艺术教育司都正式将独轮车列为一项全新的体育项目而积极推广。美国、德国、法国等发达国家基本上在中小学教学大纲中选用独轮车为体育器材。日本在1987年将独轮车项目列入学校体育课程。
骑行独轮车时，必须控制前后平衡及左右平衡，需要长时间的艰苦训练才能够掌握，这是这项运动难以普及的一个重要原因。在这样的情况下，将上述两个平衡中的前后向由独轮车控制器完成，而只留有左右平衡由骑行者掌控，这样将大大简化训练方法及降低训练难度，从而使得这项运动得以进一步推广。
发明内容
本发明能够利用控制器及电动车轮完成独轮车的前后平衡，而由骑行者自身运动来控制左右平衡。根据骑行者身体前倾或后倾的动作来控制独轮车的起步、加速、减速及停车。前后倾的角速率决定独轮车加减速时的加速度。
为了实现本发明创造的目的，采用如下技术方案。
前后向自平衡式电动独轮车结构包括：车架、电动车轮、手把、车座、脚蹬、电池组、控制器、驱动器、惯性传感器等部件。
车架与电动车轮通过轮轴及螺母连接到一起，脚蹬安装在轮轴上，车架两侧安装电池，车架上部安装车座及手把，控制器、驱动器、惯性传感器安装在车架上部，控制器与驱动器由导线连接，驱动器与电动车轮由导线连接，控制器与惯性传感器由导线连接，用电器消耗的电能全部来自于电池组。
独轮车的前后平衡基于倒立摆原理。独轮车通电后，控制器检测来自惯性传感器的车体姿态数据，包括倾角及倾角速率，根据设定算法，得到控制参数，传递给驱动器，由驱动器来驱动电动车轮按照参数确定的速率向前或向后运转，以补偿前后倾导致的倾角变化，从而使车体达到前后向平衡，即：如果骑行人身体前倾，则电动车轮向前运转(上视)，如果骑行人身体后倾，则电动车轮向后运转(上视)。
没有了需要控制前后平衡的顾虑，骑行人便可专注于左右平衡的控制，如同前后轮布置的自行车一样，可以很快学习并掌握这种独轮车的骑行技巧。
以上前后向的不平衡、姿态检测、驱动车轮、达到平衡的过程经过控制器的高速处理，加之骑行人的左右平衡控制，便可以使独轮车起步、加速、减速及停车。由于采用了前后向平衡的自动控制，使得独轮车骑行难度大大降低，并且结构简单，故障率低，使用方便。
附图说明
图1是本发明的左右二等角轴视图。
图2是本发明的电气原理框图。
具体实施方案
本发明的实施的独轮车主要由以下部件组成：车架1、电动车轮2、手把3、车座4、脚蹬5、电池组6、控制器7、驱动器8、惯性传感器9。
车架1与电动车轮2通过轮轴及螺母连接在一起，且轮轴与车架1无相对转动，脚蹬5安装在轮轴上，车架1两侧安装电池组6，车架1上部安装车座4及手把3，固定控制器7、驱动器8、惯性传感器9，控制器7与驱动器8由导线连接，驱动器8与电动车轮2由导线连接，控制器7与惯性传感器9由导线连接，控制器7、驱动器8与惯性传感器9所消耗的电能全部来自于电池组6。
控制器7未通电时，车体处于自由状态，前后左右四个方向都有倾倒的趋势，处于不稳定状态。控制器7上电后，立即检测惯性传感器9输出的前后倾斜角度及倾斜角速率的数据，根据特定的算法，通过运算后得到控制参数，传递给驱动器8，由驱动器8来驱动电动车轮2按照参数确定的速率向前或向后运转，以补偿前后倾斜导致的倾角，从而使车体达到前后向平衡。上述过程在有人骑行和无人骑行情况下控制模式是完全相同的，只是运算后得到控制参数不同。
当骑行人欲使车前行时，通过向前推手把3，使车架1向前倾斜，控制器7检测到惯性传感器9输出数据变化后，立即将控制参数传递给驱动器8，由驱动器8来驱动电动车轮2向前运转，实现车前行。骑行人向前推手把3致使车体倾角更大时，控制器7将会通过驱动器8控制电动车轮2以更快的速度向前运转，从而实现加速。
减速和停车时，骑行人的动作与前行控制正好相反。
骑行人对左右平衡的控制，如同骑行前后轮布置的自行车，可以很快掌握。
本发明应当具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1、一种前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于还包括：
一车架，是独轮车主要的支撑结构，用于固定所有的部件；
一电动车轮，将电能通过一电机转变为转动；
一手把，用于骑行人把持；
一脚蹬，用于骑行人踩踏；
一惯性传感器，检测车体前后倾角及倾斜角速率；
一驱动器，根据控制器指令来驱动电动车轮；
一控制器，根据惯性传感器数据通过驱动器对电动车轮进行控制；
一电池组，储存电能，给上述各用电器提供电能。
2、据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：不通电时处于自由倾倒状态。
3、根据权利要求2所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：通电后控制器可根据惯性传感器数据给驱动单元发送指令来控制电动轮前后运转，使车体达到前后向平衡。
4、根据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：可根据驾驶人身体姿态前后运行。身体前倾，车向前进或加速；身体后倾，车向后退或减速。
5、据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：控制器具有数据运算能力。
6、根据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：惯性传感器能够输出车体前后倾角及倾斜角速率。
7、根据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：电动车轮能够在驱动器的控制下运转。
8、根据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：手把可以供骑行人把持，用于控制车体姿态。
9、根据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：脚蹬是折叠式的。
10、据权利要求1所述的前后向自平衡式电动独轮车，其特征在于：电池组是一块以上电池单体的组合。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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