自平衡式运输车辆制造技术

本发明专利技术涉及自平衡式运输车辆，包括：支撑平台外壳，包括第一、二脚放置部和提供支撑平台俯仰角数据的惯性传感器；与第一、二脚放置部相联的第一、二车轮，相互间隔开且平行；驱动第一、二车轮的第一、二驱动电机；提供第一脚放置部的第一负载数据的负载传感器和提供第二脚放置部的第二负载数据的负载传感器，第一负载数据包括第一脚放置部的第一前部负载数据和第一后部负载数据，第二负载数据包括第二脚放置部的第二前部负载数据和第二后部负载数据；控制电路，连接至第一、二驱动电机，用来响应于俯仰角数据向第一、二车轮传输平衡转矩信号以使支撑平台外壳自平衡，还用来响应于第一、二负载数据向第一、二车轮传输转向转矩信号。

【技术实现步骤摘要】
交叉引用相关申请本申请要求由DanielBryanLairdEdney于2015年9月24日提交的、名称为“Self-BalancingScooter(自平衡滑板车)”的美国临时申请No.62/222,779的优先权。通过引用把该美国临时申请全体合并于此。
本专利技术涉及两轮自平衡电动个人运输车辆。
技术介绍
自平衡车辆技术对于机械工程师来说已经是众所周知很多年了。例如，五十多年前，颁发给专利技术人Malick的美国专利No.3,399,742(“’742专利”)“PoweredUnicycle(电动单轮车)”公开了一种自平衡单轮车，其采用“竖直感测陀螺仪”来减少骑乘者不断地“维持竖直平衡”的需要。当单轮车骑乘者重量前移时，竖直感测陀螺仪感测重量转移并且促使车轮增大转速以补偿前倾。当骑乘者重量后移时，竖直感测陀螺仪再次感测重量的后移并促使车轮的转速减慢以补偿后移。因此，车辆的速度由骑乘者“前移和后移重量”来控制(’742专利，第8栏第56-68行)。Kamen等的美国专利US5,701,965“HumanTransporter(人运输器)”教导了一种两轮平衡滑板车或者平衡轮椅，其通过主动控制车轮以按倒立摆方式调节整个车辆和骑乘者组合的倾斜来使骑乘者平衡。骑乘者握住把手地坐或者站在车辆上，采用角度传感器或者水平传感器(例如陀螺仪)来测量装置的倾斜，并且控制系统施加合适的电机转矩来保持装置正直。因此，骑乘者通过倾斜来控制车辆的前进倒退运动。在1998年颁布给DeanKamen等的美国专利US5,791,425“ControlLoopforTransportationVehicles”(“运输车辆的控制回路”)(“’425专利”)中公开了两轮自平衡车的其它例子。’425专利公开了几种两轮自平衡车，在所包括的一种两轮自平衡车中，骑乘者站在安装于两个车轮之间的平台上、抓住安装在连接至平台的支柱上的一组车把手并且借助于安装在把手手柄上的操纵杆来转向(参见’425专利的图21和第9栏第33行)。’425专利还论述了一种两轮车的替代形式，通过给车辆上的站立平台配备力传感器以检测骑乘者倾斜而避免了把手和操纵杆的组合。所提供的力传感器“感测左倾和右倾”并且相关的控制器“根据所感测的倾斜”使车辆左右转向(’425专利第9栏第20-23行)。’425专利还描述了使用“俯仰传感器”来感测车辆的俯仰并且将其提供给电机控制回路，以使得如果骑乘者前倾或者后倾，则车辆响应于维持竖立平衡而向前或者向后驱动。(’425专利第9栏第14-20行)。近来，用于站立骑乘者的两轮电动自平衡车(通常也称为“悬浮滑板(hoverboard)”)已经成为个人运输车辆的众所周知的流行形式。传统的悬浮滑板是自平衡电动车，其包括由中心枢轴连接起来的两半平台，在每个平台的端部上安装有车轮。每个平台通常具有至少两个传感器，一般为陀螺仪和加速计，以用于分别检测相对于重力方向的角度和变化率。控制电路和关联的软件或固件使用来自传感器的数据来独立地控制连接至各个车轮的电机并且使两侧的每个平台自平衡。因此，如果使用者向前倾斜左脚平台，则给左侧车轮施加正向转矩以驱使左脚平台自平衡。如果使用者向后倾斜右脚平台，则给右侧车轮施加反向转矩来驱使右脚平台自平衡。如果使用者向前倾斜左脚平台并且向后倾斜右脚平台，则分别给左侧车轮和右侧车轮施加正反向转矩，以使得悬浮滑板沿大致顺时针方向旋转。在于2014年5月27日颁发给ShanChen的美国专利No.8,738,278(“’278专利”)“具有可独立移动的脚放置部的两轮自平衡车辆(Two-WheelSelf-BalancingVehiclewithIndependentlyMovableFootPlacementSections)”中描述了上述悬浮滑板型两轮电动自平衡车的一个例子。’278专利公开了两轮自平衡车，其允许使用者两只脚站立地骑行，每只脚处于可独立移动的脚放置部(或者平台)上。因此，骑乘者可以通过每个脚放置部彼此独立地移动来独立地控制每个车轮。车辆每侧具有各自的位置传感器(可以是“陀螺仪传感器”)以感测平台的俯仰(在’278专利中称为“倾斜”或者有时只是称为“位置”)。传感器提供了对各个平台板的位置独立的测量，并且采用所感测的位置信息来驱动相应电机和连接至每个平台的车轮(’278专利的第3栏第4-11行)。在脚位置可独立地倾斜的滑板车中，通过使用者以不同角度地倾斜左侧脚放置部和右侧脚放置部以使左侧车轮和右侧车轮差速运动来实现转向。各个电机对与每个脚放置部相关联的车轮的驱动提供独立控制。‘278专利还公开了两轮自平衡车的替代形式，其中，可以使用单个框架或者外壳来包封两个可独立移动的脚放置部，但是该单个框架或者外壳保持“足够柔性”，板的两半“实际上”是相对于彼此“独立地移动”的两个部分以用于“独立控制”车轮。(参见’278专利第4栏第27-33行)。因此，两轮自平衡电动车在本领域中已知多年。本领域已知的平衡式两轮滑板车使用把手输入、骑乘者倾斜输入或者可独立移动的脚放置部来提供转向或者变向输入。传统的悬浮滑板构造具有若干已知缺点。每个脚平台侧需要独立的一组位置传感器，左侧一组和右侧一组，其中，每组一般包括陀螺仪和加速计，从而增加了成本、重量和复杂性。可独立倾斜脚位置的滑板车具有其它缺点，其中，当踏上或者离开滑板车时两侧的独立平衡控制算法会引起不希望有的运动和不稳定性，从而增大了骑乘者的受伤风险。一般用于提供独立倾斜脚位置的中心枢轴也增加了悬浮滑板的成本、重量和复杂性，且可独立倾斜的侧部会让使用者感觉到不太稳定并且因此更危险。可独立倾斜的侧部还使得使用者抓握传统悬浮滑板很麻烦，因为各侧可单独移动的这种要求大体上杜绝了横跨两侧设置把手或者其它刚性结构。这使得使用者难以用一只手或者甚至两只手来舒适地携带悬浮滑板。中心枢轴的存在迫使用于电机的电池和控制电路不得不设置在悬浮滑板的左侧或者右侧，而不是更佳地处于在悬浮滑板中心的重心处，这也进一步增加了悬浮滑板的麻烦性。此外，按传统方式构造的悬浮滑板需要用于检测有无骑乘者的额外器件。某些操作模式需要检测骑乘者在每侧的重量。电动自平衡车中用于检测相对于重力的角度和变化率的传统传感器(例如陀螺仪和加速计)不具有检测对象(例如，在悬浮滑板上的骑乘者)重量的能力。因此，一般使用额外传感器(例如，光电传感器)来检测每侧重量的有无。这些额外传感器会增大悬浮滑板构造的成本和复杂性。另外，这些传感器通常确认是否有超过某一阈值的重量并且给出二进制是/否的结果。它们不能测量所施加的超过阈值的重量的大小，因此不能确定总重量是否超过规定极限或者不能描述如何横跨装置分布或者平衡重量。
技术实现思路
一种便携式两轮自平衡个人运输车辆，其采用单个支撑平台来提供增大的稳定性。本专利技术的实施例提供了单个支撑平台外壳，其中，支撑平台外壳包封的内部空间用于容纳电池电源和车辆控制电路。本专利技术的一个示例性实施例包括第一脚放置部、第二脚放置部和用于提供平台俯仰角数据的一个或多个惯性传感器。该车辆是两轮的，具有与第一脚放置部相联的第一车轮和与第二脚放置部相联的第二车轮，第一和第二车轮间隔开并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自平衡式运输车辆，包括：支撑平台外壳，其包括第一脚放置部、第二脚放置部和一个或多个惯性传感器，惯性传感器用来提供指示支撑平台俯仰角的数据；与第一脚放置部相联的第一车轮和与第二脚放置部相联的第二车轮，第一和第二车轮相互间隔开并且基本上相互平行；配置成驱动第一车轮的第一驱动电机和配置成驱动第二车轮的第二驱动电机；至少一个用来提供第一脚放置部的第一负载数据的负载传感器和至少一个用来提供第二脚放置部的第二负载数据的负载传感器，其中，第一负载数据包括第一脚放置部的第一前部负载数据和第一后部负载数据，并且第二负载数据包括第二脚放置部的第二前部负载数据和第二后部负载数据；和控制电路，其连接至第一和第二驱动电机，并且用来响应于俯仰角数据向第一和第二车轮传输平衡转矩信号以用于使支撑平台外壳自平衡，并且还用来响应于第一和第二负载数据向第一和第二车轮传输转向转矩信号。

【技术特征摘要】
2015.09.24 US 62/222,779;2016.04.06 US 15/092,4601.一种自平衡式运输车辆，包括：支撑平台外壳，其包括第一脚放置部、第二脚放置部和一个或多个惯性传感器，惯性传感器用来提供指示支撑平台俯仰角的数据；与第一脚放置部相联的第一车轮和与第二脚放置部相联的第二车轮，第一和第二车轮相互间隔开并且基本上相互平行；配置成驱动第一车轮的第一驱动电机和配置成驱动第二车轮的第二驱动电机；至少一个用来提供第一脚放置部的第一负载数据的负载传感器和至少一个用来提供第二脚放置部的第二负载数据的负载传感器，其中，第一负载数据包括第一脚放置部的第一前部负载数据和第一后部负载数据，并且第二负载数据包括第二脚放置部的第二前部负载数据和第二后部负载数据；和控制电路，其连接至第一和第二驱动电机，并且用来响应于俯仰角数据向第一和第二车轮传输平衡转矩信号以用于使支撑平台外壳自平衡，并且还用来响应于第一和第二负载数据向第一和第二车轮传输转向转矩信号。2.根据权利要求1所述的自平衡运输车辆，还包括沿着支撑平台外壳的第一部分设置的至少一个手提把手，该第一部分包括外壳的横向中点。3.根据权利要求2所述的自平衡运输车辆，其中，所述至少一个手提把手基本上横跨支撑平台外壳一侧的长度。4.根据权利要求1所述的自平衡运输车辆，其中，至少两个负载传感器用来提供第一脚放置部的第一前部负载数据和第一后部负载数据，并且至少两个负载传感器用来提供第二脚放置部的第二前部负载数据和第二后部负载数据。5.根据权利要求1所述的自平衡运输车辆，其中，至少四个负载传感器用来提供第一脚放置部的第一负载数据，并且至少四个负载传
\t感器用来提供第二脚放置部的第二负载数据。6.根据权利要求1所述的自平衡运输车辆，其中，负载传感器安装在支撑平台外壳内部的底盘结构上。7.根据权利要求6所述的自平衡运输车辆，其中，在支撑平台外壳内，用来提供第一脚放置部的第一负载数据的所述至少一个负载传感器支撑着位于第一脚放置部下面的第一脚踏板，并且用来提供第二脚放置部的第二负载数据的所述至少一个负载传感器支撑着位于第二脚放置部下面的第二脚踏板。8.根据权利要求7所述的自平衡运输车辆，还包括安装在底盘结构上的至少两个枢轴构件，其中，至少一个枢轴构件支撑第一脚踏板并且在与用来提供第一负载数据的所述至少一个负载传感器的相反侧上位于第一脚放置部下面，且至少一个枢轴构件支撑第二脚踏板并且在与用来提供第二负载数据的所述至少一个负载传感器的相反侧上位于第二脚放置部下面。9.根据权利要求1所述的自平衡运输车辆，其中，控制电路用来根据由所述至少一个负载传感器所提供的数据来确定有无施加于支撑平台外壳上的重量。10.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·L·埃德尼，
申请(专利权)人：PNPHC有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US