專利名稱：左右兩輪自動平衡電動車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動車，尤其是只有兩個(gè)輪子左右分布、具有自動平 衡功能的電動車。
背景技術(shù)：
1988年，日本專利說明書JP63-305082公開了一種只有左右兩輪、能自動 保持動態(tài)平衡的小車。該申請只是一種能演示一級倒立擺的實(shí)驗(yàn)方案，離使用 者的騎行在技術(shù)上尚有一段遙遠(yuǎn)的距離。
在曰本專利申請的基礎(chǔ)上，美國專利說明書US5,701,965披露了騎行者的 站立騎行功能，但存在的主要缺點(diǎn)是
(1) 技術(shù)方案繁瑣、復(fù)雜，可靠性差，制造成本高。
(2) 電池的使用和更換存在以下缺陷需要從車的底部拆卸電池，更換非常 不便；二是沒有防盜措施，不安全。
(3) 電池室與電氣室沒有隔離，機(jī)械結(jié)構(gòu)的用戶界面不友好電池是需要經(jīng) 常維護(hù)、更換使用的部件，電池室需要對用戶友好開放，需要使用便利；電氣 驅(qū)動裝置因里面安裝有較精密部件，不需輕易對用戶開放，而宜采用封閉結(jié)構(gòu)。
(4) 存放、運(yùn)輸不方便用轎車攜帶時(shí)，需要專用機(jī)械，美國專利說明書 US20040050611披露了這種專用輔助機(jī)械裝置。
(5) 其采用的每邊三個(gè)輪子的輪系結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。
其中上述(l)中技術(shù)復(fù)雜、繁瑣、制造成本過高的主要技術(shù)原因有四點(diǎn) (l)冗余過度為維持所述車的動態(tài)平衡，左右電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)需要切換迅速， 但這樣會導(dǎo)致瞬態(tài)過電壓和瞬態(tài)過電流的產(chǎn)生，擊穿電動機(jī)驅(qū)動電路中的功率
放大開關(guān)管。上述美國專利為了提高所述車的安全與可靠，把電氣驅(qū)動電路、 中央處理電路、傳感器以及電動機(jī)的繞組等幾乎全部多備份了一套。
(2) 不必要的重復(fù)上述美國專利文獻(xiàn)披露的技術(shù)方案中，在車體上安裝 了角度傳感器和角速度傳感器的同時(shí)，兩只電動機(jī)上都安裝了轉(zhuǎn)速或位置傳感 器。事實(shí)上，車體傾斜的角度和角速度與電機(jī)的轉(zhuǎn)速存在直接的因果關(guān)聯(lián)關(guān)系。
在采用角度傳感器和角速度傳感器全閉環(huán)的情況下，如果兩臺電動機(jī)的性能參 數(shù)一致性較好，完全沒有必要在電動機(jī)處加入位置或速度傳感器，重復(fù)半閉環(huán) 反饋，即可以去掉電動機(jī)的位置或速度傳感器。
(3) 轉(zhuǎn)向控制不必采用閉環(huán)，轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)太復(fù)雜美國專利US6，581,714和 US6， 789, 640專門設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向控制的機(jī)構(gòu)。
(4 )檢測騎行者上車的傳感裝置太復(fù)雜美國專利說明書US6，796,396的 圖6a、圖6b披露了這種傳感裝置。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種控制和驅(qū)動電路拓樸結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、 電池易于更換、轉(zhuǎn)向容易、便于運(yùn)輸和上下坡推行、安全便捷、制造成本低的 左右兩輪自動平衡電動車。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下 一種左右兩輪自動平衡電動車，兩輪分布在騎行者的左右兩側(cè)，包括車廂、 立桿、車輪、電動機(jī)及其驅(qū)動電路、角度及角速度傳感器、蓄電池、面板處理 電路、把手總成、轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)、腳踏傳感器，其特征在于
車廂由電池室和電氣室分隔組成，電池室存放有蓄電池組，電氣室安裝有 左右電動機(jī)及其電動機(jī)驅(qū)動電路以及中央處理電路；把手總成的端部設(shè)有左右 轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)；電動機(jī)驅(qū)動電路包含泄放回路，泄放回路設(shè)有泄放開關(guān)和耗能 或儲能元件。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的技術(shù)措施采用以下方案
上述車中，車廂的上表面設(shè)有腳踏傳感器，腳踏傳感器是金屬防水開關(guān)。 上述車中，所述的電池室和電氣室均由上下兩部分組成，下部分共用車廂 底蓋，中間由隔板分開，電氣室的上部分設(shè)有電氣蓋，電氣蓋與隔板之間采用 固定聯(lián)接；電池室的上部分設(shè)有電池蓋，電池蓋與底蓋之間采用活動聯(lián)接。
上述車中，所述的車廂的底蓋上部還設(shè)有一電池室，經(jīng)電氣室與前述的電 池室對稱布置，該電池室中放置有蓄電池組。
上述車中，所述的立桿為空腔結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有折疊機(jī)構(gòu)，電源通過穿過立 桿腔內(nèi)的供電電纜從電池室傳輸?shù)桨咽挚偝伞?br> 上述車中，所述的電氣蓋的背面安裝有電池鎖具，電池鎖具的鎖頭被梯形 盒罩住。
上述車中，所述的蓄電池組的正極或負(fù)極通過一只電流傳感器接入電動機(jī) 驅(qū)動電路。
上述車中，與所述的車廂底蓋的平行位置設(shè)有角度傳感器，與車廂底蓋的 垂直位置設(shè)有角速度傳感器。
上述車中，所述的左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)中分別設(shè)有復(fù)位彈簧，兩根復(fù)位彈簧 的扭向相反。
上述車中，所述的兩個(gè)蓄電池組的負(fù)極并聯(lián)，作為地線，每組正極分別通 過繼電器和開關(guān)管串聯(lián)后接入直流母線的正極。
上述車中，利用一只開關(guān)直接控制面板處理電路、中央處理電路的電源和 電動機(jī)驅(qū)動電路的控制電源，并通過繼電器控制電動機(jī)驅(qū)動電路的動力電源。 上述車中，騎行者在車體上時(shí)，車體運(yùn)行在自動平衡模式；車體上沒有載
荷時(shí)，車體運(yùn)行在輔助動力模式，兩種模式的選擇由一開關(guān)確定；車體運(yùn)行在 自動平衡模式時(shí)，即使選擇開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)被改變，車體的運(yùn)動模式也不改變； 在輔助動力模式狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動車體運(yùn)動的輔助力矩M與角度傳感器的輸出 角度e密切相關(guān)角度e越大，輔助力矩M越大；輔助力矩M只有在角度6大 于或小于一定角度值6。后，輔助力矩M才會發(fā)生，即
本實(shí)用新型所述的左右兩輪自動平衡電動車依據(jù)倒立擺的原理，在騎行者 身體重心前傾時(shí)，左右兩只車輪向前轉(zhuǎn)動；騎行者身體重心后傾時(shí)，左右兩只 車輪向后轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動的速度與身體傾斜的角度和角速度密切關(guān)聯(lián)。騎行者身體 重心不變化時(shí)，左右兩只車輪靜止不動。
綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的左右兩輪自動平衡電動車具有 以下優(yōu)點(diǎn)
(1 )該車具有進(jìn)退自如和轉(zhuǎn)彎半徑極小的優(yōu)點(diǎn)；
(2)在基本不損失性能的情況下，傳感器數(shù)量少，控制回路簡單可靠，不 需備份全部電路，制造成本大大降低；
(3 )抑制或消除了電動機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn)切換時(shí)瞬態(tài)過電壓和瞬態(tài)過電流對電 路的沖擊，從而提高了電氣部分的可靠性；
(4) 機(jī)械結(jié)構(gòu)劃分明確，不易對使用者開放的電氣室得到封閉緊固；
(5) 電池更換便捷且具平衡整車質(zhì)量的效果，而且受到電池鎖的保護(hù)，使 用安全；
(6) 轉(zhuǎn)向控制簡單、靈活、自如，制造成本低；
(7) 輔助動力模式解決了上下坡或上下樓梯時(shí)靠人工推拉力量不夠的問
公式(1 )
(8) 立桿可折疊的特征使所述車便于運(yùn)輸、攜帶和存放；
(9) 高度可調(diào)節(jié)的立桿使不同身高的使用者可以適宜地扶住把手，提高了 使用的安全性。
通過上迷技術(shù)措施，本實(shí)用新型最終要實(shí)現(xiàn)符合中國國情、讓國人買得起 和騎得好的左右兩輪自動平衡電動車。

圖la是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖lb是圖la中的A部放大圖。
圖2a是本實(shí)用新型車廂的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b是本實(shí)用新型車廂的電池蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2c是本實(shí)用新型車廂的電氣蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2d是本實(shí)用新型車廂的隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2e是本實(shí)用新型車廂的底蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的電池鎖和梯形盒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的電氣室的布置圖。
圖5a是本實(shí)用新型的泄放回路的電路示意圖。
圖5b是圖5a中涉及到有刷直流電動機(jī)的功率放大電路簡圖。
圖5c是圖5a中涉及到無刷直流電動機(jī)的功率放大電路簡圖。
圖6是本實(shí)用新型的電路連接示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的供電示意圖。
圖8a是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖一。
圖8b是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖二。
圖9是本實(shí)用新型的工作流程框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述(但不僅限于此實(shí)
施例)
機(jī)械結(jié)構(gòu)部分
首先參看圖la和圖lb。本實(shí)用新型所述車由車廂7、兩只左右車輪5、 5' 及擋泥板6、 6'、立桿9、車把總成40、梯形盒8等組成。車體行進(jìn)方向沿X或 -X軸，兩左右車輪5和5'的中心線要求盡可能安裝在Y軸線上，分布在車廂7 的左右兩邊。左右車輪5和5'與左右電動機(jī)17和17'(參見圖4)之間的聯(lián)結(jié)可 采用花鍵、鍵槽或齒輪等多種聯(lián)結(jié)形式，車輪外邊沿用螺母、墊片、止動墊圈 的組合4、 4'緊固。兩扇左右擋泥板6和6'固定在車廂7的側(cè)面。車廂7的中心 處升起一根立桿9。車廂7的上表面安裝有腳踏傳感器2，該腳踏傳感器2可采 用金屬防水開關(guān)，用于檢測騎行者是否上車。必要時(shí)，車廂7的表面可以鋪上 腳墊。車把總成40的機(jī)械部分可以借用現(xiàn)有電動自行車的車把總成，包含大燈、 左右轉(zhuǎn)向燈、喇叭、閃爍器、控制這些配件的開關(guān)、顯示剩余電量的顯示器件 10以及把立管41等，也可以根據(jù)需要重新設(shè)計(jì)車把總成40或加以改進(jìn)。
車把總成40的組成及結(jié)構(gòu)
(1) 本實(shí)用新型采用兩個(gè)轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3和3'用于左右或右左轉(zhuǎn)向控制，后面 有詳細(xì)敘迷；
(2) 為了用戶界面更友好，本實(shí)用新型采用由液晶或七段數(shù)碼管陣列等顯示器 件IO，用于顯示電池的剩余電量、車體的運(yùn)行模式、傾角等參數(shù)。顯示器件IO 安裝在面板處理電路103上，面板處理電路103 (參看圖6)放置在車頭的面板 罩60內(nèi)部；
(3) 由于車把總成40插入本實(shí)用新型所述的立桿9中，與放置在電動自行車
前叉上時(shí)有所不同，兩者的傾斜角度有變化，必要時(shí)，可以把車把總成40的把 立管41彎曲一個(gè)角度，或者在焊接把立管41時(shí)與把橫管42的傾斜角度與自行 牟不一樣，以合適的大燈照明方向?yàn)闇?zhǔn)；
(4) 車把總成40的電源來自車廂7中的蓄電池(組)，其供電和數(shù)據(jù)傳輸通信 電纜從空腔的立桿9中間穿過，不暴露在外面，起美觀和防止因電纜的絕緣受 損、雨水導(dǎo)致短路之作用；
(5) 電動自行車原來用于接通電源的鎖孔12可以借用，但也可以把此處改造 成為TM卡讀頭，用于讀取TM卡密碼；
(6) 在車頭的面板罩60內(nèi)設(shè)有整套電路的控制電源開關(guān)14 (其開啟與閉合由 車鑰匙啟閉)和運(yùn)動模式控制開關(guān)13,后面詳細(xì)敘述；
(7 )在立桿9的上端安裝把立管41的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11，底部安裝有折疊機(jī)構(gòu) 15,可以采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)型式，折疊機(jī)構(gòu)15參看圖lb的A部放大圖。
參看圖2a 2e,車廂7由一塊底蓋16、 一塊電氣蓋43、兩塊隔板44和一 前一后兩塊同樣的電池蓋45和45'組成。電氣蓋43和前后電池蓋45、 45'把底蓋 16分成三塊區(qū)域前電池室46、電氣室47、后電池室48,中間用兩塊隔板44 隔開，隔板44與底蓋16之間的聯(lián)結(jié)可以采用焊接固定，也可以采用螺釘螺母 活動聯(lián)結(jié)。電氣蓋43放置在兩塊隔板44中間，與隔板44的聯(lián)結(jié)方式可以通過 隔板44邊緣的通孔49與電氣蓋43邊緣的通孔50采用螺釘螺母聯(lián)結(jié)固定，也 可以把隔板44邊緣上的通孔49改為攻絲孔，電氣蓋43與隔板44采用螺釘聯(lián) 結(jié)。電池蓋45、 45'與底蓋16的前后邊緣處開孔55和54,采用合頁63聯(lián)結(jié)， 這樣前后電池蓋45、 45'可以分別沿X軸前后方向朝外翻開，便于電池的取出與 放入。隔板開孔51,以便供電電纜把電源從電池室46和48傳輸?shù)诫姎馐?7。 底蓋開孔52用于放置電動機(jī)17、 17',通孔53用于放置中央處理電路20 (參看圖4)。電氣蓋開孔58用于安放腳踏傳感器2 (參看圖la)。
本實(shí)用新型所述車由蓄電池(或蓄電池組)供電，沒有交流電網(wǎng)供電的浪涌 和波形畸變。為有效屏蔽外界干擾，除面板處理電路103、轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3、 3' (參看圖6)之外，電路整體封閉在金屬車廂內(nèi)。
車廂分成三部分并不是必須的，但這樣放置可以使車廂前后質(zhì)量基本對稱。
參看圖3所示的電池鎖65和梯形盒8的結(jié)構(gòu)圖。立桿9與車廂7的固定由 梯形盒8來完成。空心立桿9穿過梯形盒8的上下兩邊，立桿9下底端與梯形 盒8的下底邊平齊，立桿9與梯形盒8的接觸面四周焊接。梯形盒8通過電氣 蓋43上的通孔56 (參看圖2c),用螺母螺釘64固定在電氣蓋43上，梯形盒的 兩腰67和68以固定螺釘73和73'為樞紐，可以在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，以便于螺 釘螺母64的安裝。電氣蓋43與空心立桿9對接處開孔62 (參看圖2c),電源 線203、 204、 210(參看圖6、圖7 )和數(shù)據(jù)傳輸通信電纜105穿過孔62，到達(dá) 把手總成40。
為了在使用者離開所述車時(shí)，蓄電池不致被偷走，本實(shí)用新型在車廂上安 裝有電池鎖。圖3示出了一種安裝電池鎖的方式。電池鎖65是兩端可以同時(shí)伸 縮的機(jī)械抽屜鎖，從市場上可購得。從電氣蓋43下端，鎖65穿過電氣蓋43和 梯形盒8下底邊，位于梯形盒8內(nèi)。通過電氣蓋43的開孔61和梯形盒8的開 孔，穿過電氣蓋43，鎖65的底座用螺釘66倒扣固定在梯形盒8上。翻開梯形 盒8活動的長腰邊67,鑰匙69可以插入鎖65內(nèi)并旋轉(zhuǎn)。當(dāng)鎖65打開時(shí)，兩根 鎖桿71的端部同時(shí)收縮至電氣蓋43內(nèi)，前后電池蓋45和45'可以自由打開。 在鎖上時(shí)，兩根鎖桿71的端部同時(shí)從電氣蓋43的通孔57 (參看圖2c)延伸至
前后電池蓋的通孔72內(nèi)(參看圖2b)。鑰匙69可以自由拔出和插入。
另一種方式也可以采用電磁鎖，安裝方式類似。
參見圖4所示的電氣室的布置圖兩臺左右電動機(jī)17和17'通過定位孔52 安裝在底蓋16上(參看圖2e )，電動機(jī)17的軸伸端74與車輪5的輪轂采用花 鍵或其他方式聯(lián)結(jié)緊固，兩臺電動機(jī)17和17'的軸伸在一條直線(Y軸)上，該 直線與車體前進(jìn)或后退方向(X軸)垂直。兩臺電動機(jī)的驅(qū)動電路18和18'各自 驅(qū)動兩臺電動機(jī)17和17'。驅(qū)動電路18、 18'分別放置在兩塊散熱器19、 19'上， 散熱器19和19'分別通過孔75固定在隔板44上(參看圖2d)。中央處理電路 20通過孔53 (參看圖2e)固定在車廂底蓋16的中央，上面有角度傳感器22、 角速度傳感器21、微處理器以及外圍接口和通信電路等。由于需要檢測XY平面 的傾斜角度以及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角速度，因此，角速度傳感器21與底蓋16垂直， 角度傳感器22與底蓋16平行。
驅(qū)動電路與泄方文回路部分
無論采用何種類型的電動機(jī)作為驅(qū)動電動機(jī)，本實(shí)用新型所述車要求電動 機(jī)正反轉(zhuǎn)的切換速度快，否則難以維持騎行者的動態(tài)平衡。但是，由于電動機(jī) 是感性元件，其繞組能短時(shí)儲能，電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換瞬間會產(chǎn)生較大的瞬態(tài) 電流和瞬態(tài)電壓。正反轉(zhuǎn)切換的速度越快，其瞬態(tài)電流和瞬態(tài)電壓越大。瞬態(tài) 電流和瞬態(tài)電壓嚴(yán)重時(shí)，可以擊穿開關(guān)管；通常情況下，也會引起蓄電池直流 供電電壓的劇烈波動。
本實(shí)用新型采取的技術(shù)措施是在直流母線之間增加泄放回路。在電動機(jī) 因?yàn)檎崔D(zhuǎn)切換產(chǎn)生的電壓和電流變高之前，接通泄放回路，使其多余電能通 過泄放電阻以發(fā)熱的方式、或向儲能元件充電的方式，消除或抑制電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 方向切換時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓和瞬態(tài)過電流，增強(qiáng)驅(qū)動電路的可靠性。
下面以使用最廣泛的有刷直流電動機(jī)和無刷直流電動機(jī)為例分別對泄放回
路加以-沈明。
圖5a是本實(shí)用新型泄放回路的電路示意圖；圖5b是圖5a中涉及到有刷直 流電動機(jī)時(shí)的功率方文大電路簡圖；圖5c是圖5a中涉及到無刷直流電動機(jī)時(shí)的 功率放大電路簡圖。
參見圖5a:在沒有開機(jī)和沒有通過TM卡認(rèn)證時(shí)，繼電器81斷開、功率開關(guān) 管84、 85斷開，電源與電動機(jī)功率放大電路80完全斷開。開機(jī)并通過TM卡認(rèn) 證后，繼電器81合上，繼電器82斷開，但開關(guān)管84仍然處于斷開狀態(tài)。在自 動平衡狀態(tài)時(shí)，只有在腳踏傳感器2 (參見圖1)被觸發(fā)的情況下，開關(guān)管84 才接通合上。中央處理電路20 (參看圖4)根據(jù)車廂7的傾斜角度、角速度以 及轉(zhuǎn)向信號計(jì)算出電動機(jī)的驅(qū)動功率，驅(qū)動電動機(jī)17和17嘲相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的
功率管被開通。
參見圖5b,有刷直流電動機(jī)的功率放大電路80 (1)，開關(guān)管93、 96或開 關(guān)管94、 95開通。以電動機(jī)17為例，在以一種方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果開關(guān)管93和 96開通，現(xiàn)在要過渡到相反的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，在開關(guān)管94和95開通之前，泄放回 路開關(guān)管85將開通一段時(shí)間，使得電路中的瞬態(tài)電流和瞬態(tài)電壓通過泄放元件 86泄放。泄放元件86可以是一只耗能電阻，此時(shí)多余的瞬態(tài)電能以發(fā)熱的形式 泄放；泄放元件86也可以是整流電路和儲能器件形成的組合電路，此時(shí)多余的 瞬態(tài)電能以儲能的形式泄放。
參見圖5c,無刷直流電動機(jī)的功率放大電路80 (2)， 87 92均為開關(guān)管。 以三相星型六狀態(tài)的一相導(dǎo)通為例，電動機(jī)17或17'在以一種方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，例 如開關(guān)管87和91開通，下一步應(yīng)該是開關(guān)管87和92開通，現(xiàn)在電動機(jī)17或 l 要向相反方向旋轉(zhuǎn)，不是開關(guān)管87和92開通，而是開關(guān)管89和91開通。 在開關(guān)管89和91開通之前，泄放回路開關(guān)管85將開通一段時(shí)間，使得電路中
的瞬態(tài)電能通過泄i文元件86泄放。 幾點(diǎn)說明
(1) 上述換向和泄放的過程都存在延時(shí)，具體延時(shí)時(shí)間需要根據(jù)電動機(jī)和驅(qū)動 開關(guān)管以及蓄電池組的性能等參數(shù)確定；
(2) 圖5a僅示出了一臺電動機(jī)驅(qū)動電路中的一條泄放回路，兩臺電動機(jī)就有 兩條泄放回路，但實(shí)際使用中可以去掉一條泄放回路或增添多條泄放回路，泄 放回路作用的性質(zhì)是一樣的，只會影響泄放和換向的快慢。前提條件是兩臺電 動機(jī)驅(qū)動電路的正負(fù)母線分別對應(yīng)相連；
(3) 圖5c中開關(guān)管換向的開關(guān)狀態(tài)只是以三相星型六狀態(tài)為例說明，根據(jù)無 刷直流電動機(jī)的運(yùn)行原理還可以有其他變化，泄放回路的開關(guān)過程類似。
各電路模塊之間的連接關(guān)系
本實(shí)用新型各電路模塊之間的連接關(guān)系參看圖6。中央處理電路20由微處 理器、穩(wěn)壓片和晶振等組成，微處理器可以選用TI公司提供的TMS320C2812， 但不是唯一選擇。角度、角速度、電壓(未示出)、電流、腳踏等傳感器件組成 傳感電路102。角度傳感器(22)和角速度傳感器(21)可以分別選用ADI公司 提供的ADXL210和ADXRS300。電壓傳感器可以通過分壓電路實(shí)施。電流傳感器 可選用科海公司提供的KT30AP型號，腳踏傳感器2可利用金屬防水開關(guān)。
面板處理電路103由微處理器(如8051單片機(jī))及外圍電路組成。外圍電 路包含運(yùn)動模式控制開關(guān)13、 TM卡讀頭12和顯示器件10以及穩(wěn)壓和晶振等。
左右電動機(jī)驅(qū)動電路18和18'與中央處理電路20通過電纜相聯(lián)。中央處理 電路20與面板處理電路103通過通信電纜105相聯(lián)。左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3和3' 可以在面板處理電路103上經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過通信電纜105傳輸至中央處理 電路20，也可以直接用電纜傳輸至中央處理電路20里去模數(shù)轉(zhuǎn)換。
車體的供電系統(tǒng)
本實(shí)用新型整套電路的供電系統(tǒng)可采用一組或多組蓄電池組供電，圖7中 以兩組蓄電池組201和202為例示出。拿出一組蓄電池組201供應(yīng)整套電路的 控制電源部分，即有三根電源電纜203、 204和地線210,其中電源的正負(fù)兩根 電纜203和210從一間電池室46或48取出電后，穿過電氣蓋43上的孔62和 立桿9到達(dá)把手總成40后(參看圖2e、 2c和圖la)，分出一根電纜211經(jīng)弱電 電源開關(guān)14,再傳輸至面板處理電路103的穩(wěn)壓電路降至合適的電壓，提供給 顯示器件10以及轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3和3'等。第三根電源線204經(jīng)過把手總成40、 立桿9和電氣蓋43到達(dá)電氣室47,供應(yīng)中央處理電路20、角度傳感器22和角 速度傳感器21的電源以及左右電動機(jī)驅(qū)動電路18和18'的控制電源。這樣，除 大燈、喇叭等212直接由電纜203分出的另一根電纜205供電外，面板罩60上 的控制電源開關(guān)14控制所有電路模塊的控制電源供應(yīng)，由于動力電源供應(yīng)受繼 電器81控制(參看圖5)，而繼電器81的開通與關(guān)斷也受控制電壓控制，因此 控制電源開關(guān)14直接和間接控制了全套電路的電源。
另外，采用多組直流蓄電池組并聯(lián)供電時(shí)，多組蓄電池組的并聯(lián)需要協(xié)調(diào)。 在沒有向電動機(jī)供電時(shí)，多組蓄電池組不能直接并聯(lián)，以免因?yàn)閴翰詈蛢?nèi)阻不 匹配而形成環(huán)流；當(dāng)電動機(jī)起動需要電源時(shí)，多組蓄電池組能夠并聯(lián)在一起向 電動機(jī)供電，以免每臺電動機(jī)因?yàn)楣╇姷膲翰畈煌斐呻妱訖C(jī)轉(zhuǎn)速的差異。腳 踏傳感器2 (參看圖la)被觸發(fā)的時(shí)刻就是電動機(jī)起動的時(shí)候。這時(shí)，多組蓄 電池組的供電開關(guān)管208、 209 (相當(dāng)于圖5a中的開關(guān)管84)導(dǎo)通，繼電器206、 207 (相當(dāng)于圖5a中單組蓄電池組供電時(shí)的繼電器81)已經(jīng)導(dǎo)通的情況下，兩 組電源的正極并在一起，向電動機(jī)17和17'供電，這樣就不至于因?yàn)楣╇姷膲?差不同造成電動機(jī)17和17'轉(zhuǎn)速的差異。在大多數(shù)電動機(jī)控制中，電流反饋環(huán)節(jié)是多環(huán)控制中最內(nèi)核的環(huán)節(jié)。對于 兩臺電動機(jī)，至少需要兩只電流傳感器。本實(shí)用新型所涉及到的兩臺電動機(jī)性 能參數(shù)指標(biāo)基本一樣，在實(shí)際運(yùn)行中，即使在轉(zhuǎn)向時(shí)，兩臺電動機(jī)的驅(qū)動電流 相差不大。所以，作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，可以僅放置一只電流傳感器
98在直流母線的正極或負(fù)極，把此電流量反饋到中央處理單元20中，把兩套電 動機(jī)以及驅(qū)動電路中的總電流作為反饋和限流環(huán)節(jié)，這樣可以減少 一 只電流傳感器。
轉(zhuǎn)向控制
如圖8a和8b所示，本實(shí)用新型采用兩個(gè)左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3和3 '安裝在 左右把橫管42上(參看圖la)。由于復(fù)位彈簧301、 301'和限位片302、 302'的作
用，把手只能單方向旋轉(zhuǎn)到一定角度，松手后能自動恢復(fù)到起始位置。在旋轉(zhuǎn) 過程中，把手上的霍爾片303、 303'能夠感應(yīng)永久磁體磁場強(qiáng)度304、 304'的變化， 導(dǎo)致其電壓發(fā)生變化，從而控制所述車的轉(zhuǎn)向。
上述兩只同樣的左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3和3'相對地放置在左右手上，如果兩 者的復(fù)位彈簧301、 301'的旋向相同，必然是一只手朝前旋轉(zhuǎn)，另外一只手朝后 旋轉(zhuǎn)，這種兩邊不一致的旋轉(zhuǎn)方式造成初學(xué)者難以適應(yīng)。作為改進(jìn)措施，本實(shí) 用新型把其中一只轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3里的復(fù)位彈簧301的旋轉(zhuǎn)方向改變成與另一 只轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3'里復(fù)位彈簧301湘反的扭向，使原來兩只同樣旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)向 控制機(jī)構(gòu)變?yōu)橄喾葱D(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，這樣組成的一付轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)3 和3'相對地安裝在左右把手橫管42上時(shí)，它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，要么一致朝前， 要么一致朝后，操作一致、便捷。
整個(gè)電路的工作流程請參看圖9所示內(nèi)容。 (l)首先，欲騎行時(shí)，由車鑰匙啟動，開通控制電源開關(guān)14,啟動整套電路系
統(tǒng)的電源;
(2)顯示器件IO提示核對TM卡的電子鑰匙碼，若密碼錯(cuò)誤，程序原地踏步； (3 ) TM卡讀入正確碼后，面板處理電路103掃描運(yùn)動模式控制開關(guān)13，如果 運(yùn)動模式以查詢方式輸入；或者運(yùn)動模式控制開關(guān)13以中斷的方式接入時(shí)，在 沒有接收到中斷的情況下，面板處理電路103將缺省運(yùn)動模式一一自動平衡模 式的指令通過通信電纜傳輸給中央處理電路20,否則，就傳輸輔助動力模式指
令；
(4)中央處理電路20如杲接收到輔助動力模式指令，就根據(jù)前述公式(1)
把角度、剩余電池電量等參數(shù)通過通信電纜傳輸給面板處理電路103;
中央處理電路20如果接收到平衡運(yùn)動模式指令，就等待腳踏傳感器2被觸 發(fā)；在腳踏傳感器2被觸發(fā)后，實(shí)時(shí)檢測角度值、角速度值、轉(zhuǎn)向信號等運(yùn)動 參數(shù)，并據(jù)此計(jì)算電動機(jī)的輸出功率，傳輸給左右電動機(jī)驅(qū)動電路18和18'去 執(zhí)行，然后將角度、剩余電量等參數(shù)傳輸給面板處理電路103;
(5) 面板處理電路103在接收到剩余電池電量、角度等參數(shù)后，連同運(yùn)動模式 (輔助動力模式或平衡運(yùn)動模式)的標(biāo)志一起在顯示器件10上顯示。
(6) 重復(fù)(3)、 (4)、 (5)過程。
計(jì)算電動機(jī)輸出功率，并傳輸給電動機(jī)驅(qū)動模塊，然后
權(quán)利要求1.一種左右兩輪自動平衡電動車，兩輪分布在騎行者的左右兩側(cè)，包括車廂、立桿、車輪、電動機(jī)及其驅(qū)動電路、角度及角速度傳感器、蓄電池、面板處理電路、把手總成、轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)、腳踏傳感器，其特征在于a.車廂(7)由電池室(46)和電氣室(47)分隔組成，電池室(46)存放有蓄電池組(201)，電氣室(47)安裝有左右電動機(jī)(17、17′)及其電動機(jī)驅(qū)動電路(18、18′)以及中央處理電路(20)；b.把手總成(40)的端部設(shè)有左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)(3、3′)；c.電動機(jī)驅(qū)動電路(18)包含泄放回路，泄放回路設(shè)有泄放開關(guān)(85)和耗能或儲能元件(86)。
2. 如權(quán)利要求l所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所述的腳踏傳 感器(2)是金屬防水開關(guān)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所述的電 池室(46)和電氣室(47)均由上下兩部分組成，下部分共用車廂底蓋(16)， 中間由隔板(44)分開，電氣室(47)的上部分設(shè)有電氣蓋(43),電氣蓋(43) 與隔板(44)之間采用固定聯(lián)接；電池室(46)的上部分設(shè)有電池蓋(45),電 池蓋(45)與底蓋(16)之間采用活動聯(lián)接。
4. 如權(quán)利要求3所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所述的車廂(7) 的底蓋(16)上部還設(shè)有電池室U8)，經(jīng)電氣室(47)與電池室(46)對稱布 置；電池室(48)中放置有蓄電池組(202 )。
5. 如權(quán)利要求4所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所述的立桿(9) 為空腔結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有折疊機(jī)構(gòu)(15),電源通過穿過立桿(9)腔內(nèi)的供電電 纜(203、 210)從電池室(46)傳輸?shù)桨咽挚偝?40)。
6. 如權(quán)利要求5所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所 述的電氣蓋(43)的背面安裝有電池鎖具(65)，電池鎖具(65)的 鎖頭(651)被梯形盒(8)罩住。
7. 如權(quán)利要求6所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所 述的蓄電池組(202 )的正極或負(fù)極通過一只電流傳感器(98)接入 電動機(jī)驅(qū)動電路(18 )。
8. 如權(quán)利要求7所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于與 所述的車廂底蓋(16)的平行位置設(shè)有角度傳感器(22)，與車廂底 蓋(16)的垂直位置設(shè)有角速度傳感器(21)。
9. 如權(quán)利要求8所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所 述的左右轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)(3、 3')中分別設(shè)有復(fù)位彈簧(301、 301'), 復(fù)位彈簧(301 )與復(fù)位彈簧()的扭向相反。
10. 如權(quán)利要求9所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于所 述的蓄電池組(201、 202 )的負(fù)極并聯(lián)，作為地線，每組正極分別通 過繼電器(206 )、繼電器(207 )和開關(guān)管(208 )、開關(guān)管(209 )串 聯(lián)后接入直流母線的正極。
11. 如權(quán)利要求10所述的左右兩輪自動平衡電動車，其特征在于 一只開關(guān)(14)直接控制面板處理電路(103)、中央處理電路(20) 的電源和電動^4區(qū)動電路(18、 18')的控制電源，并通過繼電器(206 )、 繼電器(207 )控制電動機(jī)驅(qū)動電路(18、 18')的動力電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電動車，尤其是左右兩輪自動平衡電動車，其兩輪分布在騎行者的左右兩側(cè)，包括車廂、立桿、車輪、電動機(jī)及其驅(qū)動電路、角度及角速度傳感器、腳踏傳感器，其特征是車廂(7)由電池室(46)和電氣室(47)分隔組成，電氣室(47)安裝有電動機(jī)(17、17′)、電動機(jī)驅(qū)動電路(18、18′)和中央處理電路(20)；電動機(jī)驅(qū)動電路(18、18′)包含泄放回路，泄放回路設(shè)有泄放開關(guān)(85)和耗能或儲能元件(86)；把手總成(40)的端部設(shè)有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)(3、3′)。本實(shí)用新型具有經(jīng)濟(jì)、安全、使用和維修方便以及便于運(yùn)輸和攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B62K17/00GK201062081SQ20072015482
公開日2008年5月21日 申請日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者發(fā)明人請求不公布姓名 申請人:張一鳴