本發(fā)明專利涉及直列式兩輪電動車領(lǐng)域，尤其涉及一種直列式兩輪電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制裝置和一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制方法。

背景技術(shù)：

直列式兩輪電動車因其經(jīng)濟性和簡便性仍然是人們出行時偏愛的選擇。普通兩輪電動車在直線運行時比較安全，但在轉(zhuǎn)彎時，因為其特定的機械結(jié)構(gòu)，決定了其前輪的轉(zhuǎn)角必須依靠騎乘人員根據(jù)速度保持在固定的角度上，不能發(fā)生變化，否則將無法保持車輛平衡。這時如果運行前方出現(xiàn)障礙物或突發(fā)情況，利用前輪過度轉(zhuǎn)向或者急剎車進行閃避，往往導(dǎo)致車輛側(cè)翻，騎乘人員受傷。

普通兩輪電動車在停駛情況下，需要騎乘人員下放雙腳，以保證車輛和人員平衡。低速行駛時，也必須拖曳雙腿進行輔助平衡，這時容易和旁邊車輛發(fā)生剮蹭，安全性比較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制裝置及控制方法，在車輛轉(zhuǎn)彎時，如果車輛必須避讓險情，前輪改變轉(zhuǎn)角導(dǎo)致車輛失衡，控制后輪進行輔助轉(zhuǎn)向，維持車輛平衡；在車輛超低速行駛或者停駛等待過程中，運用后輪轉(zhuǎn)向改變整體重心來保持平衡，無需放下雙腳拖行，提高了超低速行駛的安全性和停駛等待的舒適性。

為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制裝置，包括轉(zhuǎn)速傳感器、車身傾斜度傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、控制器和后輪轉(zhuǎn)向系，所述轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在電動車后輪電機處，車身傾斜度傳感器和控制器均固定設(shè)置在電動車車架上，前輪轉(zhuǎn)角傳感器設(shè)置在方向柱與車架前管的鉸接處，轉(zhuǎn)速傳感器、車身傾斜度傳感器和前輪轉(zhuǎn)角傳感器分別連接至控制器，所述后輪轉(zhuǎn)向系的兩端分別固定連接電動車車架和電動車后輪。

所述后輪轉(zhuǎn)向系包括后輪轉(zhuǎn)向弧板、轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機、齒輪、避震撐桿、后輪支承和多個轉(zhuǎn)向架限位輪，所述后輪轉(zhuǎn)向弧板前端與電動車車架固定連接、后端呈圓弧形向后彎曲，所述轉(zhuǎn)向架為剛性結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架前端固定設(shè)有多個轉(zhuǎn)向架限位輪，后輪轉(zhuǎn)向弧板的上下端面分別與轉(zhuǎn)向架限位輪的輪槽相嚙合，呈夾持狀態(tài)，轉(zhuǎn)向架的后端分別鉸接有避震撐桿和后輪支承，避震撐桿的另一端鉸接在后輪支承的撐體上，后輪支承的另一端與電動車后輪電機芯軸鉸接，所述轉(zhuǎn)向架上固定設(shè)有轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機的輸出端設(shè)有齒輪，后輪轉(zhuǎn)向弧板凹面設(shè)有與齒輪相嚙合的齒條。

所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機縱向設(shè)置、且有上、下兩個輸出端，兩個輸出端分別設(shè)有齒輪，后輪轉(zhuǎn)向弧板凹面設(shè)有與兩個齒輪分別相嚙合的齒條。

所述轉(zhuǎn)向架限位輪的數(shù)量為4個，其中兩個轉(zhuǎn)向架限位輪的輪槽與轉(zhuǎn)向弧板的上端面嚙合，另外兩個轉(zhuǎn)向架限位輪的輪槽與轉(zhuǎn)向弧板的下端面嚙合，轉(zhuǎn)向架上、用以固定四個轉(zhuǎn)向架限位輪的臂分別水平指向后輪轉(zhuǎn)向弧板的弧心。

所述避震撐桿和和后輪支承的數(shù)量均為2個。

所述避震撐桿上設(shè)有彈簧。

所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機連接至控制器。

所述控制器內(nèi)還設(shè)有電子油門接口，電子油門接口連接至電動車后輪電機調(diào)速器。

本發(fā)明還提供一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制方法，其特征在于，控制器實時讀取轉(zhuǎn)速傳感器、車身傾斜度傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器的信息，得到行駛速度V、車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A的數(shù)據(jù)，根絕經(jīng)典力學(xué)原理不難得出三個數(shù)據(jù)滿足如下關(guān)系：V·A∝B，控制步驟如下：

步驟一：控制器綜合計算行駛速度V與前輪轉(zhuǎn)角A的數(shù)據(jù)，衡量車身傾斜度B是否在適合維持車輛平衡的正常范圍內(nèi)：若是，則不進行控制；若否，則進行步驟二；

步驟二：控制器對后輪轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機進行控制，改變后輪轉(zhuǎn)角：

若車身傾斜度B小于正常范圍，則控制器驅(qū)動轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，后輪向前輪轉(zhuǎn)向方向動作；

若車身傾斜度B大于正常范圍，則控制器驅(qū)動轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，后輪向前輪轉(zhuǎn)向反方向動作；

步驟三：經(jīng)過后輪轉(zhuǎn)向系調(diào)整后輪轉(zhuǎn)向后，車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A、行駛速度V趨于匹配狀態(tài)，車輛維持平衡，控制器通過控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機逐漸減小后輪轉(zhuǎn)向角，直至后輪轉(zhuǎn)向角為零。

本發(fā)明的有益效果是：電動車在日常行駛過程中，在車輛轉(zhuǎn)彎時，如果車輛必須避讓險情，前輪改變轉(zhuǎn)角導(dǎo)致車輛失衡，控制后輪進行輔助轉(zhuǎn)向，維持車輛平衡；在車輛超低速行駛或者停駛等待過程中，運用后輪轉(zhuǎn)向改變整體重心來保持平衡，無需放下雙腳拖行，從而顯著提高了直列式兩輪車在轉(zhuǎn)彎避讓險情時的安全性，又能提高停駛和超低速行駛時的安全性和舒適性。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明后輪轉(zhuǎn)向系的局部放大剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明后輪轉(zhuǎn)向系的局部放大俯視示意圖；

具體實施方式：

依照以下的附圖詳細說明關(guān)于本發(fā)明的示例性實施例。

圖中序號所代表的含義為：1-電動車車架，2-控制器，3-車身傾斜度傳感器，4-方向柱，5-前輪轉(zhuǎn)角傳感器，6-前輪，7-轉(zhuǎn)速傳感器，8-避震撐桿，9-后輪支承，10-后輪轉(zhuǎn)向系，11-后輪轉(zhuǎn)向弧板，12-轉(zhuǎn)向架限位輪，13-轉(zhuǎn)向架，14-齒輪，15-轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機，16-齒條，20-電動車后輪電機。

以下結(jié)合具體情況說明本發(fā)明的示例性實施例：

如圖1、圖2和圖3所示的一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制裝置，包括轉(zhuǎn)速傳感器7、車身傾斜度傳感器3、前輪轉(zhuǎn)角傳感器5、控制器2和后輪轉(zhuǎn)向系10，所述轉(zhuǎn)速傳感器7設(shè)置在電動車后輪電機20處，車身傾斜度傳感器3和控制器2均固定設(shè)置在電動車車架1上，前輪轉(zhuǎn)角傳感器5設(shè)置在方向柱4與車架前管的鉸接處，轉(zhuǎn)速傳感器7、車身傾斜度傳感器3和前輪轉(zhuǎn)角傳感器5分別連接至控制器2，所述后輪轉(zhuǎn)向系10的兩端分別固定連接電動車車架1和電動車后輪。

所述后輪轉(zhuǎn)向系10包括后輪轉(zhuǎn)向弧板11、轉(zhuǎn)向架13、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機15、齒輪14、避震撐桿8、后輪支承9和多個轉(zhuǎn)向架限位輪12，所述后輪轉(zhuǎn)向弧板11前端與電動車車架1固定連接、后端呈圓弧形向后彎曲，所述轉(zhuǎn)向架13為剛性結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架13前端固定設(shè)有多個轉(zhuǎn)向架限位輪12，后輪轉(zhuǎn)向弧板11的上下端面分別與轉(zhuǎn)向架限位輪12的輪槽相嚙合，呈夾持狀態(tài)，轉(zhuǎn)向架13的后端分別鉸接有避震撐桿8和后輪支承9，避震撐桿8的另一端鉸接在后輪支承9的撐體上，后輪支承9的另一端與電動車后輪電機20的芯軸鉸接，所述轉(zhuǎn)向架13上固定設(shè)有轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機15，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機15的輸出端設(shè)有齒輪14，后輪轉(zhuǎn)向弧板11凹面設(shè)有與齒輪14相嚙合的齒條16。

所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機15縱向設(shè)置、且有上、下兩個輸出端，兩個輸出端分別設(shè)有齒輪14，后輪轉(zhuǎn)向弧板11凹面設(shè)有與兩個齒輪14分別相嚙合的齒條16。

所述轉(zhuǎn)向架限位輪12的數(shù)量為4個，其中兩個轉(zhuǎn)向架限位輪12的輪槽與轉(zhuǎn)向弧板11的上端面嚙合，另外兩個轉(zhuǎn)向架限位輪12的輪槽與轉(zhuǎn)向弧板11的下端面嚙合，轉(zhuǎn)向架13上、用以固定四個轉(zhuǎn)向架限位輪12的臂分別水平指向后輪轉(zhuǎn)向弧板11的弧心。

所述避震撐桿8和和后輪支承9的數(shù)量均為2個。所述避震撐桿8上設(shè)有彈簧。所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機15連接至控制器2。

所述控制器2內(nèi)還設(shè)有電子油門接口，電子油門接口連接至電動車后輪電機調(diào)速器。

本發(fā)明實施例還提供本發(fā)明還提供一種直列式電動車后輪轉(zhuǎn)向自平衡控制方法，其特征在于，控制器實時讀取轉(zhuǎn)速傳感器、車身傾斜度傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器的信息，得到行駛速度V、車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A的數(shù)據(jù)，根絕經(jīng)典力學(xué)原理不難得出三個數(shù)據(jù)滿足如下關(guān)系：V·A∝B，控制步驟如下：

步驟一：控制器綜合計算行駛速度V與前輪轉(zhuǎn)角A的數(shù)據(jù)，衡量車身傾斜度B是否在適合維持車輛平衡的正常范圍內(nèi)：若是，則不進行控制；若否，則進行步驟二；

步驟二：控制器對后輪轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機進行控制，改變后輪轉(zhuǎn)角：

若車身傾斜度B小于車身傾斜度的正常范圍，則控制器驅(qū)動轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，后輪向前輪轉(zhuǎn)向方向動作；

若車身傾斜度B大于車身傾斜度的正常范圍，則控制器驅(qū)動轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，后輪向前輪轉(zhuǎn)向反方向動作；

步驟三：經(jīng)過后輪轉(zhuǎn)向系調(diào)整后輪轉(zhuǎn)向后，車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A、行駛速度V趨于匹配狀態(tài)，車輛維持平衡，控制器通過控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機逐漸減小后輪轉(zhuǎn)向角，直至后輪轉(zhuǎn)向角為零。

行駛過程中，本發(fā)明的工作原理如下：

如圖1所示，本發(fā)明包括轉(zhuǎn)速傳感器、車身傾斜度傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、控制器、后輪轉(zhuǎn)向系、電子油門接口等器件。

轉(zhuǎn)速傳感器安裝于電動車后輪電機側(cè)，用于感知電機轉(zhuǎn)速，通過車輪半徑進行計算，可以得到車輛的行駛速度。

車身傾斜度傳感器安裝于電動車車架的大梁，可以感知車身的傾斜角度。

前輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝于方向柱與車架的鉸接部位，可以感知前輪的轉(zhuǎn)角。

控制器在綜合計算行駛速度與前輪轉(zhuǎn)角后，衡量車身傾斜角度是否在適合維持車輛平衡的正常范圍內(nèi)：如果傾斜度匹配，則不進行控制；如果傾斜度超出了正常范圍，則對后輪轉(zhuǎn)向系進行控制，改變后輪轉(zhuǎn)角，必要時可以通過電子油門接口在短時間內(nèi)加大后輪推力以實現(xiàn)控制效果。

如圖2和圖3所示，后輪轉(zhuǎn)向系包括后輪轉(zhuǎn)向弧板、轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)向架限位輪、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機及齒輪、避震撐桿及后輪支承。

在車輛等待紅燈以及超低速行駛時，亦可以通過改變后輪轉(zhuǎn)角來改變車輛和騎乘人員的重心位置，來保持平衡，無需騎乘人員再下放雙腳，提高安全性的同時，也提高了騎乘的舒適性。

控制器控制方法如下：

在保持車輛行駛速度相同的情況下，靠騎乘人員自主保持平衡時，轉(zhuǎn)彎時的方向轉(zhuǎn)角和車身傾斜度會保持一定的匹配度，根絕經(jīng)典力學(xué)原理可知，其匹配關(guān)系和車輛重量以及騎乘人員重量無關(guān)，不同的車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A之間屬于固定搭配。如果彎道趨于平緩，則前輪轉(zhuǎn)角A偏小，車身傾斜度B亦??；反之如果彎道是急彎，則前輪轉(zhuǎn)角A偏大，車身傾斜度B亦偏大。且前輪轉(zhuǎn)角必然會和車身傾斜度同向，否則無法保持車輛平衡。因此，不難得出行駛速度V、車身傾斜度B和前輪轉(zhuǎn)角A三個數(shù)據(jù)滿足如下關(guān)系：V·A∝B，在已知V和A的前提下，再根據(jù)車輛過彎的物理模型計算，不難得出維系車輛平衡所需的理論車身傾斜度B’， 理論車身傾斜度B’再加上或減去一定數(shù)值或百分比，記為車身傾斜度的正常范圍的上限和下限，從而控制器將得到車身傾斜度的正常范圍與車身傾斜度B進行對比，對后輪轉(zhuǎn)向系進行控制。

根據(jù)上述原理，本發(fā)明的控制方法還可以延伸為：

控制器實時監(jiān)測任一行駛速度下，前輪轉(zhuǎn)角和車身傾斜度的匹配，如果屬于正常搭配，則不做附加動作，正常行駛時，不會干擾騎乘人員的正?？刂?。如果出現(xiàn)道路狀況，騎乘人員刻意改變前輪轉(zhuǎn)角大小時，前輪轉(zhuǎn)角和車身傾斜度不再匹配，控制器檢測前輪轉(zhuǎn)角超過設(shè)定的前輪轉(zhuǎn)角匹配閾值時，控制后輪轉(zhuǎn)向系進行動作。前輪轉(zhuǎn)角小于匹配值時，后輪向車身傾斜方向動作，前輪轉(zhuǎn)角大于匹配值時，后輪反向動作，車身傾斜度會在短暫時間內(nèi)過零，進入另一側(cè)。

經(jīng)過后輪轉(zhuǎn)向系調(diào)整后，車身傾斜度會和轉(zhuǎn)角近似匹配，這時控制器會逐漸減小后輪轉(zhuǎn)向角，直到車輛轉(zhuǎn)角和傾斜度恢復(fù)匹配后回零。

同理地，本發(fā)明的控制方法還可以延伸為：

在車輛前輪轉(zhuǎn)角相同的情況下，車速增大時，車輛需要更大的車身傾斜度；車速減慢時，相同車輛轉(zhuǎn)角需要更小的車身傾斜度。

車輛停駛時，后輪調(diào)整方向亦和行駛時相同。當(dāng)車輛左向傾斜時，后輪會做逆時針方向旋轉(zhuǎn)，將騎乘人員和車輛的重心推向右側(cè)，此時將會擁有反方向的加速度，直至進入反向傾斜，相應(yīng)地調(diào)整后輪角度后維持傾斜度始終在垂直方向附近。

本發(fā)明能夠應(yīng)用于普通兩輪電動車，顯著提高了直列式兩輪電動車在轉(zhuǎn)彎避讓險情時的安全性，又能提高靜止和超低速行駛時的安全性和舒適性。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。