一种使电动摩托车自动直立的硬件系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，包括向两轮电动摩托车自动输出自平衡力矩以保持车身直立的自平衡系统，所述硬件系统包括直立控制部和自动直立系统；所述自动直立系统包括以车身为摆动立杆的飞轮倒立摆机构；所述飞轮倒立摆机构包括车身处的飞轮电机17和竖向的惯性系统飞轮18；所述直立控制部对车身姿态进行监测，若车身需要维持直立姿态，则直立控制部控制飞轮电机对惯性系统飞轮施力，并使施加于惯性系统飞轮的电机力在车身处形成驱动车身竖向摆动以维持直立姿态的力矩；本发明专利技术能在无人干预的情况下，确保车体始终保持在直立姿态的平衡状态，极大提高车辆稳定性，减小车辆侧翻的发生。减小车辆侧翻的发生。减小车辆侧翻的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种使电动摩托车自动直立的硬件系统


[0001]本技术涉及两轮车辆
，尤其是一种使电动摩托车自动直立的硬件系统。

技术介绍

[0002]两轮电动摩托车是人们出行的常用工具，如何使这种两轮车辆可以在无人干预的情况下自动维持直立姿态，是一个研究方向。

技术实现思路

[0003]本技术提出一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，能在无人干预的情况下，确保车体始终保持在直立姿态的平衡状态，极大提高车辆稳定性，减小车辆侧翻的发生。
[0004]本技术采用以下技术方案。
[0005]一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，包括向两轮电动摩托车自动输出自平衡力矩以保持车身直立的自平衡系统，所述硬件系统包括直立控制部和自动直立系统；所述自动直立系统包括以车身为摆动立杆的飞轮倒立摆机构；所述飞轮倒立摆机构包括车身处的飞轮电机17和竖向的惯性系统飞轮18；所述直立控制部对车身姿态进行监测，若车身需要维持直立姿态，则直立控制部控制飞轮电机对惯性系统飞轮施力，并使施加于惯性系统飞轮的电机力在车身处形成驱动车身竖向摆动以维持直立姿态的力矩。
[0006]所述电动摩托车包括内置主控制器MMCU的运动控制部；所述飞轮电机为三相无刷电机；
[0007]所述直立控制部包括动量轮驱动控制部MDRI、次控制器SMCU、直立系统位姿传感器SSENSOR；所述直立系统位姿传感器安装于电动摩托车车身的中轴线处；
[0008]所述直立控制部STA通过主控制器与运动控制部通信，获取摩托车当前工况，所述摩托车当前工况包括车辆是否直立、车辆前进速度和车辆转向状态；所述主控制器与次控制器通信以获取当前车体姿态；
[0009]所述主控制器通过动量轮驱动控制部控制飞轮电机，控制飞轮电机的驱动信号为PWM，且通过Clark变换和Park变换对飞轮电机的矢量控制；
[0010]所述次控制器经直立系统位姿传感器测量车身的加速度和角速度数据，并对数据进行解析以获取当前车身姿态数据；所述车身姿态数据包含当前车身倾斜角度、当前车身运动角速度，次控制器将当前车身姿态数据传输到主控制器；
[0011]所述主控制器通过自平衡算法，解析当前车身姿态数据所需的恢复直立力矩，并转换为对应的动量输出作业；
[0012]所述动量轮驱动控制部根据主控制器得出的动量输出作业来控制电机向惯性系统飞轮输出相应动量；以使电机驱动飞轮的反作用力在车身处形成可使车身维持直立姿态的力矩；所述力矩以车身为力臂，以车轮与地面的支点为矩心；
[0013]所述直立控制部还通过连接器与运动控制部连接，并从运动控制部获取电能。
[0014]所述飞轮电机的三相无刷电机驱动部分采用分立原件搭建而成，选用MOS管搭建的3个独立的H桥桥臂，实现对三相电机的精准控制。
[0015]所述电动摩托车还包括转向控制输出器和前进运动输出器；所述硬件系统还包括对电动摩托车的自平衡系统维护作业进行数据校准的可拆卸飞轮替换系统REP；所述可拆卸飞轮替换系统包括与运动控制部相连的连接器MOTI，还包括电池连接器BAT、开关接口SW、传感器接口SENSORI、转向控制器输出接口DIRI、前进运动控制器输出接口MOT以及独立的EEPROM存储器；
[0016]当进行自平衡系统维护作业时，所述可拆卸飞轮替换系统通过电池接口与电池连接以获取电能；可拆卸飞轮替换系统通过连接器与运动控制部连接，在向运动控制部供电的同时，将运动控制部输出的转向控制信号转接到转向控制输出器上，将运动控制部分输出的前进驱动信号转接到前进运动输出器上，将直立系统位姿传感器输出信号的接口转接到运动控制部的传感器信号读取接口；
[0017]所述可拆卸飞轮替换系统的EEPROM存储器存储有车体维护参数，所述车体维护参数参数包括自平衡系统维护作业装配结束后的车体重心、车体相对直立点偏离的角度，还包括车体前进、转向、直立控制方式的PID参数，在自平衡系统维护作业完成后，直立控制部通过运动控制部读取可拆卸飞轮替换系统的EEPROM存储的车体维护参数，对直立控制部的控制数据进行校准，以继续实现自平衡控制。
[0018]所述运动控制部为用于控制车辆以设定速度匀速前进、寻迹、转向以及对遥控信号的接收的运动控制部；
[0019]所述运动控制部分包括主控制器MMCU，传感器接口SENSOR、无线传输接口、转向控制接口DIR，前进运动控制器MOT；所述无线传输接口包括BLE接口或WIFI接口；所述运动控制部通过连接器与直立控制部相连。
[0020]所述电动摩托车的前轮1通过前叉避震器2与电动摩托车的车架8铰接，所述车架处设有转向电机3，所述转向电机可通过齿轮传动系统驱动车头前叉转动以使电动摩托车转向功能；
[0021]所述电动摩托车的车架还连接有CCD传感器4、整车开关5、运动控制部6、直立控制部10和飞轮倒立摆机构7、电池16、行驶电机15、直立系统位姿传感器9；
[0022]所述飞轮倒立摆机构以由飞轮电机17驱动惯性系统飞轮18时形成的反向转矩来使电动摩托车保持直立姿态；所述惯性系统飞轮为均质飞轮，所述飞轮电机的输出轴与惯性系统飞轮之间通过法兰盘硬连接；
[0023]所述电动摩托车的后轮11与车架铰接，行驶电机15通过链条12或者通过轮毂电机模式驱动后轮转动使电动摩托车行驶。
[0024]所述车架下部还设有与驻车电机14相连的驻车支架13，当电动摩托车需要静态驻车时，所述驻车电机驱动驻车支架转动，把电动摩托车支撑于驻车位处。
[0025]当电动摩托车处于行驶状态时，或是处于静止状态但驻车支架未处于支撑位置时，所述直立控制部和自动直立系统处于工作状态，使电动摩托车车身保持直立姿态。
[0026]通过本技术所述方案，能够在电动摩托车上快速部署一套自平衡硬件系统，将普通两轮式电动摩托车改装为具备自平衡功能的两轮车辆，能仅通过自身飞轮惯性调节
车身姿态，确保车体始终保持在平衡状态，极大提高车辆稳定性，减小车辆侧翻的发生。
附图说明
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本技术进一步详细的说明：
[0028]附图1是本技术的正面示意图；
[0029]附图2是本技术的立体示意图；
[0030]附图3是自平衡系统的工作流程示意图；
[0031]附图4是本技术的连接示意图（运动控制部标识为MOV）；
[0032]附图5是本技术在维持车身直立状态时的流程示意图；
[0033]图中：1
‑
前轮；2
‑
前叉避震器；3
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转向电机；4
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CCD传感器；5
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整车开关；6
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运动控制部；7
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飞轮倒立摆机构；8
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车架；9
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直立系统位姿传感器；10
‑
直立控制部；11
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，包括向两轮电动摩托车自动输出自平衡力矩以保持车身直立的自平衡系统，其特征在于：所述硬件系统包括直立控制部和自动直立系统；所述自动直立系统包括以车身为摆动立杆的飞轮倒立摆机构；所述飞轮倒立摆机构包括车身处的飞轮电机（17）和竖向的惯性系统飞轮（18）；所述直立控制部对车身姿态进行监测，若车身需要维持直立姿态，则直立控制部控制飞轮电机对惯性系统飞轮施力，并使施加于惯性系统飞轮的电机力在车身处形成驱动车身竖向摆动以维持直立姿态的力矩；所述电动摩托车包括内置主控制器的运动控制部；所述飞轮电机为三相无刷电机；所述直立控制部包括动量轮驱动控制部、次控制器、直立系统位姿传感器；所述直立系统位姿传感器安装于电动摩托车车身的中轴线处；所述直立控制部通过主控制器与运动控制部通信，获取摩托车当前工况，所述摩托车当前工况包括车辆是否直立、车辆前进速度和车辆转向状态；所述主控制器与次控制器通信以获取当前车体姿态；所述主控制器通过动量轮驱动控制部控制飞轮电机，控制飞轮电机的驱动信号为PWM，且通过Clark变换和Park变换对飞轮电机的矢量控制。2.根据权利要求1所述的一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，其特征在于：所述次控制器经直立系统位姿传感器测量车身的加速度和角速度数据，并对数据进行解析以获取当前车身姿态数据；所述车身姿态数据包含当前车身倾斜角度、当前车身运动角速度，次控制器将当前车身姿态数据传输到主控制器；所述主控制器通过自平衡算法，解析当前车身姿态数据所需的恢复直立力矩，并转换为对应的动量输出作业；所述动量轮驱动控制部根据主控制器得出的动量输出作业来控制电机向惯性系统飞轮输出相应动量；以使电机驱动飞轮的反作用力在车身处形成可使车身维持直立姿态的力矩；所述力矩以车身为力臂，以车轮与地面的支点为矩心；所述直立控制部还通过连接器与运动控制部连接，并从运动控制部获取电能。3.根据权利要求1所述的一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，其特征在于：所述飞轮电机的三相无刷电机驱动部分采用分立原件搭建而成，选用MOS管搭建的3个独立的H桥桥臂，实现对三相电机的精准控制。4.根据权利要求1所述的一种使电动摩托车自动直立的硬件系统，其特征在于：所述电动摩托车还包括转向控制输出器和前进运动输出器；所述硬件系统还包括对电动摩托车的自平衡系统维护作业进行数据校准的可拆卸飞轮替换系统；所述可拆卸飞轮替换系统包括与运动控制部相连的连接器，还包括电池连接器、开关接口、传感器接口、转向控制器输出接口、前进运动控制器输出接口以及独立的EEPROM存储器；当进行自平衡系统维护作业时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林凌峰，陈攀，
申请(专利权)人：闽江师范高等专科学校，
类型：新型
国别省市：