CN111114681A - 一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车及其平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车及其平衡方法，包括前轮自动转向机（1）、后轮自动转向机（6）、蓄电池组吊篮自动调节器（7）以及陀螺稳定控制器（2）。本发明通过前轮自动转向机、后轮自动转向机以及蓄电池组吊篮自动调节器与陀螺稳定控制器相互配合，使整车随时保持平衡，在停止状态和行驶状态下即使侧向受到冲击仍能保持不倾倒，并且能够在停止状态、前进状态、后退状态之间平稳转换。

Description

一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车及其平衡方法

技术领域

本发明涉及一种二轮电动车，尤其是涉及一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车及其平衡方法。

背景技术

二轮电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车辆。

乘员使用现有二轮电动车时，无论车辆在移动或停止状态时，如果乘员大幅度移动重心，包括上下车动作，车辆容易出现倾倒的风险，不利于乘员的安全。在车辆受到侧向冲击力时极易向一侧倾倒，导致危险。

发明内容

本发明设计了一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车及其平衡方法，其解决的技术问题是现有二轮电动车出现大幅度移动重心时，车辆容易出现倾倒的风险以及在车辆受到侧向冲击时稳定性差，不利于乘员的安全。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车，包括前轮（3）、后轮（4）、车身支架（5）、蓄电池以及蓄电池吊篮（8）；还包括前轮自动转向机（1），其通过调节所述前轮（3）前进或后退的方向或/和速度调节所述车身支架（5）重心，并且改变所述车身支架（5）侧倾角；

后轮自动转向机（6），其通过调节所述后轮（4）前进或后退的方向或/和速度调节所述车身支架（5）重心，但不直接改变所述车身支架（5）侧倾角；

蓄电池组吊篮自动调节器（7），其改变所述车身支架（5）的重心以维持平衡；

陀螺稳定控制器（2），其检测所述车身支架（5）的侧倾数据，根据检测结果调节所述前轮自动转向机（1）、所述后轮自动转向机（6）以及所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）中的一个或多个，使整车随时保持动态或静态下的平衡。

优选地，所述前轮自动转向机（1）包括控制单元，所述控制单元通过控制所述前轮（3）的内置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变所述前轮（3）的运行状态；或者/和，所述前轮自动转向机（1）包括前轮转向单元，所述前轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现所述所述前轮（3）的摆动方向和摆动幅度的调整。

优选地，所述前轮转向单元中的所述驱动装置包括第一转向电机（11），所述传动结构包括第一输出齿轮（12）、第一转向齿轮（13）和龙头转轴（14），所述第一转向电机（11）安装在第一支架（15）上，所述第一转向电机（11）与所述第一输出齿轮（12）连接，所述第一输出齿轮（12）与所述第一转向齿轮（13）通过齿轮啮合，所述第一转向齿轮（13）固定在所述龙头转轴（14）上并且两者同轴，所述龙头转轴（14）与所述前叉连接，所述前叉下端安装所述前轮（3），所述第一转向电机（11）正转或反转使得所述前叉和所述前轮（3）左右摆动。

优选地，第一转向电机（11）安装在第一支架（15）上。

优选地，所述第一输出齿轮（12）与所述第一转向齿轮（13）之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。

优选地，所述龙头转轴（14）上下两端分别通过一连接片与所述前叉连接。

优选地，所述第一转向电机（11）、所述第一输出齿轮（12）、所述第一转向齿轮（13）、所述龙头转轴（14）安装在在一封闭的盒子内，以保护内部机构避免尘土进入。

优选地，所述车身支架（5）焊接固定或螺接固定在所述第一支架（15）的后端。

优选地，所述后轮自动转向机（6）包括控制单元，所述控制单元通过控制所述后轮（4）的内置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变所述后轮（4）的运行状态；或者/和，所述后轮自动转向机（6）包括后轮转向单元，所述后轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现所述所述后轮（4）的摆动方向和摆动幅度的调整。

优选地，所述后轮转向单元中的所述驱动装置包括第二转向电机（61），所述后轮转向单元中的所述传动结构包括第二输出齿轮（62）、第二转向齿轮（63）和后轮转轴（64），所述第一转向电机（61）与所述第二输出齿轮（62）连接，所述第二输出齿轮（62）与所述第二转向齿轮（63）通过齿轮啮合，所述第二转向齿轮（63）固定在所述后轮转轴（64）上并且两者同轴，所述后轮转轴（64）通过后轮支架与所述后轮（4）连接，所述第二转向电机（61）正转或反转使得所述前叉和所述后轮（4）左右摆动。

优选地，第二转向电机（61）安装在第二支架（65）上。

优选地，所述第二输出齿轮（62）与所述第二转向齿轮（63）之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。

优选地，所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）通过使得蓄电池组吊篮（8）旋转从而改变所述车身支架（5）的重心，蓄电池安装在所述蓄电池组吊篮（8）中。

优选地，所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）包括第三转向电机（71）、第三输出齿轮（72）、第三转向齿轮（73）以及蓄电池组吊篮转轴（74）；所述第三转向电机（71）与所述第三输出齿轮（72）连接，所述第三输出齿轮（72）与所述第三转向齿轮（73）通过齿轮啮合，所述第三转向齿轮（73）固定在所述蓄电池组吊篮转轴（74）上并且两者同轴，所述蓄电池组吊篮转轴（74）与所述蓄电池组吊篮（8）连接，所述第三转向电机（71）正转或反转使得所述蓄电池组吊篮（8）左右摆动。

优选地，第三转向电机（71）安装在第三支架（75）上。

优选地，所述第三输出齿轮（72）与所述第三转向齿轮（73）之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。

一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

在高速行驶时，前轮自动转向机（1）通过陀螺稳定控制器（2）采集的车身支架（5）侧倾数据调节前轮（3）自动转向，此时通过车身侧倾主动抑制转向时的离心力；

或者/和，在低速时，后轮自动转向机（6）通过陀螺稳定控制器（2）采集的车身支架（5）侧倾数据调节后轮（4）自动转向，后轮转向对侧倾角较前轮（3）影响小适合在低速下进行转向，使得转向灵活性最大化。

一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

前轮（3）和后轮（4）都是内置轮毂电机的有动力车轮，陀螺稳定控制器（2）根据行驶情况自动为前轮（3）和后轮（4）分配动力，随时保持行驶的平稳；

或者，在加速时启动推动模式，前轮（3）和后轮（4）驱动力矩相同，同时发力；

或者，在稳定行驶时启动拉动模式，前轮（3）驱动力矩大于后轮（4）；

或者，在减速或制动时启动后轮驱动或拖动模式，后轮（4）制动力大于前轮（3）或者后轮（4）驱动力大于前轮（3）。

一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

在受外力或内部重心变化使车身向右倾斜，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使前轮自动转向机（1）的第一转向电机（11）向右转动，使得二轮电动车的几何中心（92）向左摆动从而越过接地中心线（91），一直到使重心左倾越过接地中心线（91）产生偏转力矩，令车身停止继续右倾；所述接地中心线（91）是指前轮与地面接触点到后轮与地面接触点之间的最短连线；所述几何中心（92）是指整车在自然静止的状态下，电池吊篮回中时，车身部分的几何中心点；

或者/和，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使后轮自动转向机（6）的第二转向电机（61）向左转动，这使得几何中心（92）向左摆动从而越过接地中心线（91），一直到使重心左倾越过接地中心线（91）产生偏转力矩，令车身停止继续右倾。

或者/和，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使蓄电池组吊篮自动调节器（7）的第三转向电机（71）向左转动，这使得电池组吊篮（8）的几何中心向左摆动从而越过接地中心线，一直到使整车重心左倾越过接地中心线产生偏转力矩，令车身停止继续右倾。

或者/和，在受外力或内部重心变化使车身向左倾斜时，则执行与上述相反方向的运动使车身平稳。

该通过电子陀螺增稳的二轮电动车与普通二轮电动车相比，具有以下有益效果：

（1）本发明通过前轮自动转向机、后轮自动转向机以及蓄电池组吊篮自动调节器与陀螺稳定控制器相互配合，使整车随时保持平衡，在停止状态和行驶状态下即使侧向受到冲击仍能保持不倾倒，并且能够向前或向后自由行驶。

（2）本发明前轮和后轮都是内置轮毂电机的有动力车轮，陀螺稳定控制器根据行驶情况自动为前轮和后轮分配动力，随时保持行驶的平稳。

（3）本发明自动适应车辆承载的变化，即使在原地停止状态，乘员大幅度移动重心，包括上下车动作，车辆也能维持不倒。同时，在高速行驶中，通过陀螺稳定控制器控制，也能自动克服承载变化的影响，克服道路、横风的影响使车辆保持航向稳定。即使受到来自侧面的撞击，通过系统快速地自动响应、迅速调整重心，使车辆尽量保持直立而不会立即倒下。

（4）本发明大大地提升自行车、摩托车的安全性，减轻驾乘人员的精神体力负担，提高了安全性。

（5）本发明在车辆受到侧向冲击时增强稳定性，通过电子控制技术使车辆的横向稳定裕度超过其几何尺寸限制，提高数十倍。

附图说明

图1：本发明通过电子陀螺增稳的二轮电动车侧面示意图；

图2：本发明通过电子陀螺增稳的二轮电动车立体示意图I；

图3：本发明通过电子陀螺增稳的二轮电动车立体示意图II；

图4：本发明的前轮自动转向机结构示意图；

图5：本发明的后轮自动转向机和蓄电池组吊篮自动调节器的结构示意图；

图6：本发明二轮电动车的工作原理图I；

图7：本发明二轮电动车的工作原理图II。

附图标记说明：

1—前轮自动转向机；11—第一转向电机；12—第一输出齿轮；13—第一转向齿轮；14—龙头转轴；15—第一支架；2—陀螺稳定控制器；3—前轮；4—后轮；5—车身支架；6—后轮自动转向机；61—第二转向电机；62—第二输出齿轮；63—第二转向齿轮；64—后轮转轴；65—第二支架；7—蓄电池组吊篮自动调节器；71—第三转向电机；72—第三输出齿轮；73—第三转向齿轮；74—蓄电池组吊篮转轴；75—第三支架；8—蓄电池组吊篮；91—接地中心线；92—几何中心。

具体实施方式

下面结合图1至图7，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车，包括前轮3、后轮4、车身支架5、蓄电池以及蓄电池吊篮8；还包括前轮自动转向机1，其通过调节前轮3前进或后退的方向或/和速度调节车身支架5重心，并且改变车身支架5侧倾角；

后轮自动转向机6，其通过调节后轮4前进或后退的方向或/和速度调节车身支架5重心，但不直接改变车身支架5侧倾角；

蓄电池组吊篮自动调节器7，其改变车身支架5的重心以维持平衡；

陀螺稳定控制器2，其检测车身支架5的侧倾数据，根据检测结果调节前轮自动转向机1、后轮自动转向机6以及蓄电池组吊篮自动调节器7中的一个或多个，使整车随时保持动态或静态下的平衡。

前轮自动转向机1包括控制单元，控制单元通过控制前轮3内的置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变前轮3的运行状态；或者/和，前轮自动转向机1包括前轮转向单元，前轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现前轮3的摆动方向和摆动幅度的调整。

前轮转向单元中的驱动装置包括第一转向电机11，传动结构包括第一输出齿轮12、第一转向齿轮13和龙头转轴14，第一转向电机11安装在第一支架15上，第一转向电机11与第一输出齿轮12连接，第一输出齿轮12与第一转向齿轮13通过齿轮啮合，第一转向齿轮13固定在龙头转轴14上并且两者同轴，龙头转轴14与前叉连接，前叉下端安装前轮3，第一转向电机11正转或反转使得前叉和前轮3左右摆动。

第一转向电机11安装在第一支架15上。第一输出齿轮12与第一转向齿轮13之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。龙头转轴14上下两端分别通过一连接片与前叉连接。第一转向电机11、第一输出齿轮12、第一转向齿轮13、龙头转轴14安装在在一封闭的盒子内，以保护内部机构避免尘土进入。车身支架5焊接固定或螺接固定在第一支架15的后端。

后轮自动转向机6包括控制单元，控制单元通过控制后轮4内的置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变后轮4的运行状态；或者/和，后轮自动转向机6包括后轮转向单元，后轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现后轮4的摆动方向和摆动幅度的调整。

后轮转向单元中的驱动装置包括第二转向电机61，后轮转向单元中的传动结构包括第二输出齿轮62、第二转向齿轮63和后轮转轴64，第一转向电机61与第二输出齿轮62连接，第二输出齿轮62与第二转向齿轮63通过齿轮啮合，第二转向齿轮63固定在后轮转轴64上并且两者同轴，后轮转轴64通过后轮支架与后轮4连接，第二转向电机61正转或反转使得前叉和后轮4左右摆动。

第二转向电机61安装在第二支架65上。第二输出齿轮62与第二转向齿轮63之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。

蓄电池组吊篮自动调节器7通过使得蓄电池组吊篮8旋转从而改变车身支架5的重心，蓄电池安装在蓄电池组吊篮8中。

蓄电池组吊篮自动调节器7包括第三转向电机71、第三输出齿轮72、第三转向齿轮73以及蓄电池组吊篮转轴74；第三转向电机71与第三输出齿轮72连接，第三输出齿轮72与第三转向齿轮73通过齿轮啮合，第三转向齿轮73固定在蓄电池组吊篮转轴74上并且两者同轴，蓄电池组吊篮转轴74与蓄电池组吊篮8连接，第三转向电机71正转或反转使得蓄电池组吊篮8左右摆动。

第三转向电机71安装在第三支架75上。第三输出齿轮72与第三转向齿轮73之间为伞轮传动方式连接，两者的轴线相互垂直。

一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

在高速行驶时，前轮自动转向机1通过陀螺稳定控制器2采集的车身支架5侧倾数据调节前轮3自动转向，此时通过车身侧倾主动抑制转向时的离心力；

在低速时，后轮自动转向机6通过陀螺稳定控制器2采集的车身支架5侧倾数据调节后轮4自动转向，后轮转向对侧倾角较前轮3影响小适合在低速下进行转向，使得转向灵活性最大化。

本发明二轮电动车通过速度进行平衡原理如下：

前轮3和后轮4都是内置轮毂电机的有动力车轮，陀螺稳定控制器2根据行驶情况自动为前轮3和后轮4分配动力，随时保持行驶的平稳。

具体来说：在加速时启动推动模式，前轮3和后轮4驱动力矩相同，同时发力；在稳定行驶时启动拉动模式，前轮3驱动力矩大于后轮4；在减速或制动时启动后轮驱动或拖动模式，后轮4制动力大于前轮3或者后轮4驱动力大于前轮3。

本发明二轮电动车通过转向进行平衡原理如下：

如图6所示，在受外力或内部重心变化使车身向右倾斜，陀螺稳定控制器2检测到倾斜角变化，发出指令使前轮自动转向机1的第一转向电机11向右转动，使得二轮电动车的几何中心92向左摆动从而越过接地中心线91，一直到使重心左倾越过接地中心线91产生偏转力矩，令车身停止继续右倾；接地中心线91是指前轮与地面接触点到后轮与地面接触点之间的最短连线，几何中心92是指整车在自然静止的状态下，电池吊篮回中时，车身部分的几何中心点。

如图7所示，陀螺稳定控制器2检测到倾斜角变化，发出指令使后轮自动转向机6的第二转向电机61向左转动，这使得几何中心92向左摆动从而越过接地中心线91，一直到使重心左倾越过接地中心线91产生偏转力矩，令车身停止继续右倾。

陀螺稳定控制器2检测到倾斜角变化，发出指令使蓄电池组吊篮自动调节器7的第三转向电机71向左转动，这使得电池组吊篮8的几何中心向左摆动从而越过接地中心线，一直到使整车重心左倾越过接地中心线产生偏转力矩，令车身停止继续右倾。

在受外力或内部重心变化使车身向左倾斜时，则执行与上述相反方向的运动使车身平稳。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种通过电子陀螺增稳的二轮电动车，包括前轮（3）、后轮（4）、车身支架（5）、蓄电池以及蓄电池吊篮（8），

其特征在于：还包括前轮自动转向机（1），其通过调节所述前轮（3）前进或后退的方向或/和速度调节所述车身支架（5）重心，并且改变所述车身支架（5）侧倾角；

后轮自动转向机（6），其通过调节所述后轮（4）前进或后退的方向或/和速度调节所述车身支架（5）重心，但不直接改变所述车身支架（5）侧倾角；

蓄电池组吊篮自动调节器（7），其改变所述车身支架（5）的重心以维持平衡；

陀螺稳定控制器（2），其检测所述车身支架（5）的侧倾数据，根据检测结果调节所述前轮自动转向机（1）、所述后轮自动转向机（6）以及所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）中的一个或多个，使整车随时保持动态或静态下的平衡。

2.根据权利要求1所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：

所述前轮自动转向机（1）包括控制单元，所述控制单元通过控制所述前轮（3）的内置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变所述前轮（3）的运行状态；

或者/和，所述前轮自动转向机（1）包括前轮转向单元，所述前轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现所述所述前轮（3）的摆动方向和摆动幅度的调整。

3.根据权利要求2所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：所述前轮转向单元中的所述驱动装置包括第一转向电机（11），所述传动结构包括第一输出齿轮（12）、第一转向齿轮（13）和龙头转轴（14），所述第一转向电机（11）安装在第一支架（15）上，所述第一转向电机（11）与所述第一输出齿轮（12）连接，所述第一输出齿轮（12）与所述第一转向齿轮（13）通过齿轮啮合，所述第一转向齿轮（13）固定在所述龙头转轴（14）上并且两者同轴，所述龙头转轴（14）与所述前叉连接，所述前叉下端安装所述前轮（3），所述第一转向电机（11）正转或反转使得所述前叉和所述前轮（3）左右摆动。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：

所述后轮自动转向机（6）包括控制单元，所述控制单元通过控制所述后轮（4）的内置轮毂电机运行速度或运行方向从而改变所述后轮（4）的运行状态；

或者/和，所述后轮自动转向机（6）包括后轮转向单元，所述后轮转向单元通过驱动装置和传动结构的相互配合实现所述所述后轮（4）的摆动方向和摆动幅度的调整。

5.根据权利要求4所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：所述后轮转向单元中的所述驱动装置包括第二转向电机（61），所述后轮转向单元中的所述传动结构包括第二输出齿轮（62）、第二转向齿轮（63）和后轮转轴（64），所述第一转向电机（61）与所述第二输出齿轮（62）连接，所述第二输出齿轮（62）与所述第二转向齿轮（63）通过齿轮啮合，所述第二转向齿轮（63）固定在所述后轮转轴（64）上并且两者同轴，所述后轮转轴（64）通过后轮支架与所述后轮（4）连接，所述第二转向电机（61）正转或反转使得所述前叉和所述后轮（4）左右摆动。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）通过使得蓄电池组吊篮（8）旋转从而改变所述车身支架（5）的重心，蓄电池安装在所述蓄电池组吊篮（8）中。

7.根据权利要求6所述的通过电子陀螺增稳的二轮电动车，其特征在于：所述蓄电池组吊篮自动调节器（7）包括第三转向电机（71）、第三输出齿轮（72）、第三转向齿轮（73）以及蓄电池组吊篮转轴（74）；所述第三转向电机（71）与所述第三输出齿轮（72）连接，所述第三输出齿轮（72）与所述第三转向齿轮（73）通过齿轮啮合，所述第三转向齿轮（73）固定在所述蓄电池组吊篮转轴（74）上并且两者同轴，所述蓄电池组吊篮转轴（74）与所述蓄电池组吊篮（8）连接，所述第三转向电机（71）正转或反转使得所述蓄电池组吊篮（8）左右摆动。

8.一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

在高速行驶时，前轮自动转向机（1）通过陀螺稳定控制器（2）采集的车身支架（5）侧倾数据调节前轮（3）自动转向，此时通过车身侧倾主动抑制转向时的离心力；

或者/和，在低速时，后轮自动转向机（6）通过陀螺稳定控制器（2）采集的车身支架（5）侧倾数据调节后轮（4）自动转向，后轮转向对侧倾角较前轮（3）影响小适合在低速下进行转向，使得转向灵活性最大化。

9.一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

前轮（3）和后轮（4）都是内置轮毂电机的有动力车轮，陀螺稳定控制器（2）根据行驶情况自动为前轮（3）和后轮（4）分配动力，随时保持行驶的平稳；

或者，在加速时启动推动模式，前轮（3）和后轮（4）驱动力矩相同，同时发力；

或者，在稳定行驶时启动拉动模式，前轮（3）驱动力矩大于后轮（4）；

或者，在减速或制动时启动后轮驱动或拖动模式，后轮（4）制动力大于前轮（3）或者后轮（4）驱动力大于前轮（3）。

10.一种二轮电动车的平衡方法，包括以下步骤：

在受外力或内部重心变化使车身向右倾斜，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使前轮自动转向机（1）的第一转向电机（11）向右转动，使得二轮电动车的几何中心（92）向左摆动从而越过接地中心线（91），一直到使重心左倾越过接地中心线（91）产生偏转力矩，令车身停止继续右倾；

所述接地中心线（91）是指前轮与地面接触点到后轮与地面接触点之间的最短连线；所述几何中心（92）是指整车在自然静止的状态下，电池吊篮回中时，车身部分的几何中心点；

或者/和，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使后轮自动转向机（6）的第二转向电机（61）向左转动，这使得几何中心（92）向左摆动从而越过接地中心线（91），一直到使重心左倾越过接地中心线（91）产生偏转力矩，令车身停止继续右倾；

或者/和，陀螺稳定控制器（2）检测到倾斜角变化，发出指令使蓄电池组吊篮自动调节器（7）的第三转向电机（71）向左转动，这使得电池组吊篮（8）的几何中心向左摆动从而越过接地中心线，一直到使整车重心左倾越过接地中心线产生偏转力矩，令车身停止继续右倾；

或者/和，在受外力或内部重心变化使车身向左倾斜时，则执行与上述相反方向的运动使车身平稳。

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