一種安全的兩輪自平衡車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車輛，特別是一種具有動(dòng)態(tài)可控的浮動(dòng)安全保護(hù)輪的兩輪自平衡車。
【背景技術(shù)】
[0002]采用倒立擺控制原理的兩輪自平衡車已經(jīng)有大量的使用，這種車的最初代表產(chǎn)品是賽格威(Segway)，技術(shù)方案由美國專利U.S.Pat.N0.6，302，230公開。由于只需兩個(gè)動(dòng)力和支撐車輪，這種車輛具有操縱靈活，結(jié)構(gòu)體積小的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)榘踩珕栴}，實(shí)際上無法成為一種交通工具。從大量的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來看，目前兩輪自平衡車的失控情況主要是前后傾倒，特別是向前的傾倒，比如翻越障礙時(shí)動(dòng)力不足、高速和上坡行駛時(shí)動(dòng)力不足以維持、突然的系統(tǒng)失控所導(dǎo)致的突然傾倒。還有突破障礙或急?；蚴艿酵饬r(shí)因控制系統(tǒng)本身特性導(dǎo)致大幅度擺動(dòng)而最終翻倒等。這些情況往往非常危險(xiǎn)而且駕駛?cè)送耆珶o法控制。
[0003]中國發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)CN104960607A，“一種新型自由體感車”公開了一種增加了輔助輪的方案，輔助輪同輔助輪屈臂安裝在車的主體前部，當(dāng)發(fā)生翻倒危險(xiǎn)時(shí)，輔助輪屈臂向前伸出，從而試圖達(dá)到穩(wěn)定車體的目的。這種方案的主要缺點(diǎn)是:1.在車體翻倒的瞬間往往輔助輪來不及伸出；2.車體傾斜或上坡時(shí)或有障礙時(shí)輔助輪屈臂因被地面阻擋無法伸出；3.下坡時(shí)這種輔助輪失去了作用。
[0004]還有固定安裝輔助輪的方案，但這種方案實(shí)際改變了自平衡控制狀態(tài)，即便在平路上可以行駛，在上下坡或遇障礙時(shí)將出現(xiàn)控制問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:設(shè)計(jì)一種安全的兩輪自平衡車，它具有可控的保護(hù)輪，其在車輛正常行駛時(shí)能上下浮動(dòng)且接觸或接近地面而不對(duì)車體發(fā)生作用力，在緊急剎車或出現(xiàn)車輛失控危險(xiǎn)時(shí)，可以人力或電力驅(qū)動(dòng)使保護(hù)輪(架)相對(duì)于車架固定，從而達(dá)到迅速保護(hù)的目的。
[0006]技術(shù)方案:一種安全的兩輪自平衡車，包括兩個(gè)動(dòng)力車輪，運(yùn)動(dòng)傳感器，控制電路，底盤結(jié)構(gòu)，方向控制輸入裝置，電源，動(dòng)力車輪安裝于底盤結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，運(yùn)動(dòng)傳感器連接控制電路并與底盤結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，方向控制輸入裝置連控制電路，控制電路驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車輪，其特征在于，在底盤結(jié)構(gòu)的前部設(shè)置有保護(hù)輪支架，或者前部和后部都設(shè)置有保護(hù)輪支架，保護(hù)輪支架的前端安裝有浮動(dòng)保護(hù)輪，保護(hù)輪支架與所述底盤結(jié)構(gòu)的連接方式或保護(hù)輪支架本身的結(jié)構(gòu)使浮動(dòng)保護(hù)輪能夠相對(duì)于底盤結(jié)構(gòu)上下自由活動(dòng)，同時(shí)還有鎖止裝置連接底盤結(jié)構(gòu)和保護(hù)輪支架，當(dāng)其鎖止時(shí)浮動(dòng)保護(hù)輪位置與底盤結(jié)構(gòu)固定，當(dāng)其釋放時(shí)浮動(dòng)保護(hù)輪可以上下自由活動(dòng)。
[0007]本發(fā)明的安全的兩輪自平衡車，在正常行駛中浮動(dòng)保護(hù)輪處于上下自由活動(dòng)狀態(tài)而自然下落，因此無論上下坡或遇到障礙，都不會(huì)對(duì)車體的平衡造成影響;而當(dāng)出現(xiàn)異常狀況，如堵轉(zhuǎn)、打滑、斷電、過流、車身過度傾斜等，則可以通過鎖止裝置使浮動(dòng)保護(hù)輪的上下活動(dòng)被阻止，即浮動(dòng)保護(hù)輪的上下位置相對(duì)于車底盤結(jié)構(gòu)被固定，從而實(shí)現(xiàn)了多輪支撐的穩(wěn)定狀態(tài)，避免翻倒危險(xiǎn)。由于浮動(dòng)保護(hù)輪在自重的作用下會(huì)始終接觸地面，因此保護(hù)輪起到支撐作用的過程可以非常迅速，即便下坡情況也是如此。另外，采用了本發(fā)明的方案，在緊急剎車時(shí)可以采用如下方法使剎車過程更加快速可靠:鎖止前保護(hù)輪架，然后向后移動(dòng)負(fù)荷重心使車身后傾。由于保護(hù)輪的支撐，重心后移不需要延時(shí)，所以可以迅速進(jìn)入減速過程。而現(xiàn)有技術(shù)的兩輪自平衡車剎車過程為:推動(dòng)車身(底盤)前傾，車輪加速前移使負(fù)荷重心(人體重心)相對(duì)后移，導(dǎo)致車身后傾從而減速，這一過程需要一定時(shí)間，特別是動(dòng)力不足和路面不平時(shí)可能出現(xiàn)失控。所以本發(fā)明的安全的兩輪自平衡車在具備現(xiàn)有兩輪自平衡車的靈活、緊湊、高效的特點(diǎn)的同時(shí)，還具有三輪或四輪車的安全性和可靠性。
[0008]浮動(dòng)保護(hù)輪的鎖止可以通過一個(gè)機(jī)械的剎車控制裝置由駕駛者人力實(shí)現(xiàn)，它通過機(jī)械的機(jī)構(gòu)連接所述鎖止裝置，從而控制浮動(dòng)保護(hù)輪相對(duì)于底盤結(jié)構(gòu)上下自由活動(dòng)或位置固定。例如通過類似自行車和摩托車的剎車機(jī)構(gòu)連接鎖止裝置。人力實(shí)現(xiàn)的鎖止的優(yōu)點(diǎn)是，在電子系統(tǒng)失靈的情況下可以確保安全。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)快速控制并與車輛整體控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)，所述鎖止裝置可以由一個(gè)電控的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制鎖止和釋放，當(dāng)其鎖止時(shí)浮動(dòng)保護(hù)輪位置與底盤結(jié)構(gòu)固定，當(dāng)其釋放時(shí)浮動(dòng)保護(hù)輪可以上下自由活動(dòng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接到并受控于所述控制電路。
[0010]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，為了提高安全性和操控性，還可以引入一個(gè)用于駕駛者乘坐的座艙，所述座艙前后方向可滑動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述底盤結(jié)構(gòu)上，在座艙和底盤之間有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)控制所述座艙的前后轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)，從而改變其重心的前后位置，所述電機(jī)由所述控制電路驅(qū)動(dòng);還包括速度控制輸入裝置和剎車控制輸入裝置，它們都連到所述控制電路?？刂齐娐犯鶕?jù)車輛的平衡狀態(tài)和駕駛者的操控意圖，可以迅速調(diào)整座艙重心和浮動(dòng)輪架的鎖止/釋放狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)和快速、安全的控制，而駕駛者不需要始終參與平衡控制，因此也較舒適。
[0011 ]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述浮動(dòng)保護(hù)輪連接有方向舵機(jī)，所述控制電路通過方向舵機(jī)控制浮動(dòng)保護(hù)輪的方向，使得浮動(dòng)保護(hù)輪的滾動(dòng)方向與其實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向相一致。這樣可以避免浮動(dòng)保護(hù)輪側(cè)向阻力和磨損。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的站立駕駛的兩輪自平衡車的示意圖。
[0013]圖中，I為底盤結(jié)構(gòu);2為動(dòng)力輪;3為前部保護(hù)輪支架;31為保護(hù)輪支架滑桿;4為保護(hù)輪;41為保護(hù)輪輪架;5為鎖止裝置;6為手把;7為剎車手柄。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中鎖止裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，31為保護(hù)輪支架滑桿;5為鎖止裝置;53為第一摩擦片;54為第二摩擦片;8為電控鎖緊執(zhí)行裝置。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的座艙可滑動(dòng)的兩輪自平衡車示意圖。
[0017]圖中，I為底盤結(jié)構(gòu)；11為座艙滑軌;2為動(dòng)力輪;3為前部保護(hù)輪支架;33為保護(hù)輪支架齒盤;4為保護(hù)輪;42為保護(hù)輪方向舵機(jī);51為鎖止電機(jī);52為卡子;9為座艙;91為座椅；92為腳踏;93為速度輸入裝置;10為座艙驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中保護(hù)輪支架鎖止機(jī)構(gòu)釋放狀態(tài)示意圖。
[0019]圖中，33為保護(hù)輪支架齒盤;51為鎖止電機(jī);52為卡子。
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中保護(hù)輪支架鎖止機(jī)構(gòu)鎖止?fàn)顟B(tài)示意圖。
[0021]圖中，33為保護(hù)輪支架齒盤;51為鎖止電機(jī);52為卡子。
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的座艙前后可轉(zhuǎn)動(dòng)的具有前后保護(hù)輪的兩輪自平衡車示意圖。
[0023]圖中，9為座艙;901為座艙轉(zhuǎn)軸;3為前部保護(hù)輪支架;301為后部保護(hù)輪支架。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]本實(shí)施例是一種站立駕駛的兩輪自平衡車。如圖1和圖2所示，圖1為本實(shí)施例的站立駕駛的兩輪自平衡車的示意圖；圖2為本實(shí)施例中鎖止裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其主體構(gòu)成是一個(gè)典型的兩輪自平衡車，包括兩個(gè)動(dòng)力車輪2、運(yùn)動(dòng)傳感器、控制電路、底盤結(jié)構(gòu)1、方向控制輸入裝置，電源等，動(dòng)力車輪2安裝于底盤結(jié)構(gòu)I的兩側(cè)，運(yùn)動(dòng)傳感器連接控制電路并與底盤結(jié)構(gòu)I相對(duì)固定，一般是MEMS傳感器，焊接于PCB，而PCB固定于底盤結(jié)構(gòu)I。方向控制輸入裝置連控制電路，控制電路驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車輪，車的運(yùn)行由駕駛者身體重心的移動(dòng)和方向控制輸入決定。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在車的前部設(shè)置了前部保護(hù)輪支架3，它上下可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接底盤結(jié)構(gòu)I;在其前部安裝了保護(hù)輪4，保護(hù)輪4通過一個(gè)保護(hù)輪輪架41安裝在前部保護(hù)輪支架3的前端;作為保護(hù)輪支架的一部分，保護(hù)輪支架滑桿31與保護(hù)輪支架主體之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，并穿過鎖止裝置5;鎖止裝置5的一部分管狀的，可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于底盤結(jié)構(gòu)的上部，其另一部分為兩片摩擦片，其中第一摩擦片53通過剎車線連到剎車手柄，另一第二摩擦片54連到電控鎖緊執(zhí)行裝置8，電控鎖緊執(zhí)行裝置8有控制電路進(jìn)行控制。本實(shí)施例中，手把6下部的圓形立管可以左右旋轉(zhuǎn)，用來控制運(yùn)行方向。保護(hù)輪支架滑桿31是一個(gè)金屬管，正常行駛中，兩個(gè)摩擦片都處于放松位置，保護(hù)輪支架滑桿31可以在鎖止裝置5內(nèi)部自由滑動(dòng)，從而保護(hù)輪4可以相對(duì)于車底盤結(jié)構(gòu)上下自由活動(dòng)，保護(hù)輪4將在自身重力的作用下始終接觸地面，同時(shí)對(duì)車體的作用力可以忽略不計(jì)，因而不影響自平衡行駛操縱。當(dāng)控制電路檢測(cè)到異常狀況時(shí)，例如車輪堵轉(zhuǎn)、車輪打滑、電池過流、車身過度傾斜等，可以通過電控鎖緊執(zhí)行裝