專利名稱：前后向自平衡式電動獨(dú)輪車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動獨(dú)輪車，特別是一種依照特定控制算法，自動實(shí)現(xiàn)前 后平衡，而左右平衡需要依靠騎行人掌控的新型電動獨(dú)輪車。屬于交通工具領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
獨(dú)輪車是一項(xiàng)傳統(tǒng)的運(yùn)動項(xiàng)目，它集運(yùn)動、娛樂、健身于一體。我國一直
以來也都有著獨(dú)輪車雜技表演的傳統(tǒng)項(xiàng)目。1996年，我國國家體委競賽司、國 家教委體育衛(wèi)生與藝術(shù)教育司都正式將獨(dú)輪車列為一項(xiàng)全新的體育項(xiàng)目而積極 推廣。美國、德國、法國等發(fā)達(dá)國家基本上在中小學(xué)教學(xué)大綱中選用獨(dú)輪車為 體育器材。日本在1987年將獨(dú)輪車項(xiàng)目列入學(xué)校體育課程。
騎行獨(dú)輪車時，必須控制前后平衡及左右平衡，需要長時間的艱苦訓(xùn)練才 能夠掌握，這是這項(xiàng)運(yùn)動難以普及的一個重要原因。在這樣的情況下，將上述 兩個平衡中的前后向由獨(dú)輪車控制器完成，而只留有左右平衡由騎行者掌控， 這樣將大大簡化訓(xùn)練方法及降低訓(xùn)練難度，從而使得這項(xiàng)運(yùn)動得以進(jìn)一步推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠利用控制器及電動車輪完成獨(dú)輪車的前后平衡，而由騎行者自 身運(yùn)動來控制左右平衡。根據(jù)騎行者身體前傾或后傾的動作來控制獨(dú)輪車的起 步、加速、減速及停車。前后傾的角速率決定獨(dú)輪車加減速時的加速度。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的目的，采用如下技術(shù)方案。
前后向自平衡式電動獨(dú)輪車結(jié)構(gòu)包括車架、電動車輪、手把、車座、腳蹬、電池組、控制器、驅(qū)動器、慣性傳感器等部件。
車架與電動車輪通過輪軸及螺母連接到一起，腳蹬安裝在輪軸上，車架兩 側(cè)安裝電池，車架上部安裝車座及手把，控制器、驅(qū)動器、慣性傳感器安裝在 車架上部，控制器與驅(qū)動器由導(dǎo)線連接，驅(qū)動器與電動車輪由導(dǎo)線連接，控制 器與慣性傳感器由導(dǎo)線連接，用電器消耗的電能全部來自于電池組。
獨(dú)輪車的前后平衡基于倒立擺原理。獨(dú)輪車通電后，控制器檢測來自慣性 傳感器的車體姿態(tài)數(shù)據(jù)，包括傾角及傾角速率，根據(jù)設(shè)定算法，得到控制參數(shù)， 傳遞給驅(qū)動器，由驅(qū)動器來驅(qū)動電動車輪按照參數(shù)確定的速率向前或向后運(yùn)轉(zhuǎn)， 以補(bǔ)償前后傾導(dǎo)致的傾角變化，從而使車體達(dá)到前后向平衡，S卩如果騎行人 身體前傾，則電動車輪向前運(yùn)轉(zhuǎn)(上視)，如果騎行人身體后傾，則電動車輪向 后運(yùn)轉(zhuǎn)(上視)。
沒有了需要控制前后平衡的顧慮，騎行人便可專注于左右平衡的控制，如 同前后輪布置的自行車一樣，可以很快學(xué)習(xí)并掌握這種獨(dú)輪車的騎行技巧。
以上前后向的不平衡、姿態(tài)檢測、驅(qū)動車輪、達(dá)到平衡的過程經(jīng)過控制器 的高速處理，加之騎行人的左右平衡控制，便可以使獨(dú)輪車起步、加速、減速 及停車。由于采用了前后向平衡的自動控制，使得獨(dú)輪車騎行難度大大降低， 并且結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，使用方便。


圖l是本發(fā)明的左右二等角軸視圖。
圖2是本發(fā)明的電氣原理框圖。 具體實(shí)施方案
本發(fā)明的實(shí)施的獨(dú)輪車主要由以下部件組成車架l、電動車輪2、手把3、車座4、腳蹬5、電池組6、控制器7、驅(qū)動器8、慣性傳感器9。
車架1與電動車輪2通過輪軸及螺母連接在一起，且輪軸與車架1無相對 轉(zhuǎn)動，腳蹬5安裝在輪軸上，車架1兩側(cè)安裝電池組6，車架1上部安裝車座4 及手把3，固定控制器7、驅(qū)動器8、慣性傳感器9，控制器7與驅(qū)動器8由導(dǎo) 線連接，驅(qū)動器8與電動車輪2由導(dǎo)線連接，控制器7與慣性傳感器9由導(dǎo)線 連接，控制器7、驅(qū)動器8與慣性傳感器9所消耗的電能全部來自于電池組6。
控制器7未通電時，車體處于自由狀態(tài)，前后左右四個方向都有傾倒的趨 勢，處于不穩(wěn)定狀態(tài)?？刂破?上電后，立即檢測慣性傳感器9輸出的前后傾 斜角度及傾斜角速率的數(shù)據(jù)，根據(jù)特定的算法，通過運(yùn)算后得到控制參數(shù)，傳 遞給驅(qū)動器8，由驅(qū)動器8來驅(qū)動電動車輪2按照參數(shù)確定的速率向前或向后運(yùn) 轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償前后傾斜導(dǎo)致的傾角，從而使車體達(dá)到前后向平衡。上述過程在有 人騎行和無人騎行情況下控制模式是完全相同的，只是運(yùn)算后得到控制參數(shù)不 同。
當(dāng)騎行人欲使車前行時，通過向前推手把3，使車架l向前傾斜，控制器7 檢測到慣性傳感器9輸出數(shù)據(jù)變化后，立即將控制參數(shù)傳遞給驅(qū)動器8，由驅(qū)動 器8來驅(qū)動電動車輪2向前運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車前行。騎行人向前推手把3致使車體 傾角更大時，控制器7將會通過驅(qū)動器8控制電動車輪2以更快的速度向前運(yùn) 轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)加速。
減速和停車時，騎行人的動作與前行控制正好相反。
騎行人對左右平衡的控制，如同騎行前后輪布置的自行車，可以很快掌握。 本發(fā)明應(yīng)當(dāng)具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1、一種前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于還包括一車架，是獨(dú)輪車主要的支撐結(jié)構(gòu)，用于固定所有的部件；一電動車輪，將電能通過一電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動；一手把，用于騎行人把持；一腳蹬，用于騎行人踩踏；一慣性傳感器，檢測車體前后傾角及傾斜角速率；一驅(qū)動器，根據(jù)控制器指令來驅(qū)動電動車輪；一控制器，根據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)通過驅(qū)動器對電動車輪進(jìn)行控制；一電池組，儲存電能，給上述各用電器提供電能。
2、 據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于不通電時處 于自由傾倒?fàn)顟B(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于通電后控 制器可根據(jù)慣性傳感器數(shù)據(jù)給驅(qū)動單元發(fā)送指令來控制電動輪前后運(yùn)轉(zhuǎn)，使車 體達(dá)到前后向平衡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于可根據(jù)駕 駛?cè)松眢w姿態(tài)前后運(yùn)行。身體前傾，車向前進(jìn)或加速；身體后傾，車向后退或 減速。
5、 據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于控制器具有 數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于慣性傳感 器能夠輸出車體前后傾角及傾斜角速率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于電動車輪 能夠在驅(qū)動器的控制下運(yùn)轉(zhuǎn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于手把可以 供騎行人把持，用于控制車體姿態(tài)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于腳蹬是折 疊式的。
10、 據(jù)權(quán)利要求1所述的前后向自平衡式電動獨(dú)輪車，其特征在于電池組是 一塊以上電池單體的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動獨(dú)輪車，屬于交通工具領(lǐng)域。特別是一種依照特定控制算法，自動實(shí)現(xiàn)前后平衡，而左右平衡需要依靠騎行人掌控的新型電動獨(dú)輪車。獨(dú)輪車通電后，控制器檢測來自慣性傳感器的車體姿態(tài)數(shù)據(jù)，包括傾角及傾角速率，根據(jù)設(shè)定算法，得到控制參數(shù)，傳遞給驅(qū)動器，由驅(qū)動器來驅(qū)動電動車輪按照參數(shù)確定的速率向前或向后運(yùn)轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償前后傾導(dǎo)致的傾角變化，從而使車體達(dá)到前后向平衡。沒有了需要控制前后平衡的顧慮，騎行人便可專注于左右平衡的控制，可以很快學(xué)習(xí)并掌握這種獨(dú)輪車的騎行技巧。
文檔編號B62K1/00GK101417682SQ200810179658
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者張吉昌, 曉 楊, 楊江波, 欒曉寧, 梁法通, 南 洪, 凱 程, 趙希勇 申請人:中國海洋大學(xué)