智能自平衡电动车及其方向控制杆制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能自平衡电动车及其方向控制杆。所述智能自平衡电动车包括：横向布置的两个车轮；横梁；立杆；智能平衡控制装置。所述智能平衡控制装置采用能够多路、并发控制的驱动控制芯片，并增加智能限速处理，使车体实现自平衡的同时，对驾驶者的安全性和舒适性都提供了一定的保证；所述方向控制杆，其由立杆和横梁组成，所述立杆包括固定杆和升降杆，升降杆一端与横梁连接，固定杆一端与车体活动连接，所述方向控制杆上设有能够使升降杆升降的装置。所述方向控制杆一个装置完成了两个装置的功能，降低了生产成本，且横向倾倒后的方向控制杆缩小了空间，便于存放在各种场合和置入汽车后备箱内。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电动车领域，具体涉及一种智能自平衡电动车及其方向控制杆。
技术介绍
随着科学技术的发展，电动车以其操作简单、使用方便灵活的特性，成为了大多数人的出行所选择的代步工具。目前市面上的两轮电动车，主要有以下不足I、其车轮多为前后分布，运行中只能靠驾驶者自身来保持平衡，一旦驾驶者失去平衡，就容易造成危险；2、方向控制杆和车体支脚分开设置，其生产厂家需要同时制造控制杆和车支脚，且需要对车支脚的位置进行设计；3、耗电量大，导致电池利用率低，不够环保。这种传统的电动车已经不能满足人们对代步工具的要求，一种能够通过车身自平衡、使用更加方便、环保的代步工具的出现，成为了必然。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种智能自平衡电动车，运行过程中，通过能够自动保持车身平衡。本技术要解决的另一个技术问题是提供一种所述智能自平衡电动车的方向控制杆，所述方向控制杆将传统方向控制杆和车支脚两种功能融合在一起。相应的，本技术采用如下技术方案实现一种智能自平衡电动车，包括(I)横向布置的两个车轮，与各自的驱动电机相连接，所述的车轮被横向固定在车轴上，所述的车轴连接有绕车轴自由转动的载人踏板，车轮、车轴和载人踏板相互固定连接成一整体；(2)横梁，所述横梁的左右两侧安装有把手，左、右把手与横梁之间分别装有压力传感器；(3)立杆，所述立杆底部与载人踏板相连，顶部与横梁相连接；(4)智能平衡控制装置，所述的智能平衡控制装置，包括传感器采集系统、左电机驱动系统和右电机驱动系统，传感器采集系统输入端与压力传感器和车身的电流、电压、力口速度等传感器相连，左电机驱动系统与左电机相连，右电机驱动系统与右电机相连。所述的智能平衡控制装置还包括主控单片机、CPLD模块、电源电路，传感器采集系统的输出端与主控单片机输入端相连，主控单片机与CPLD模块之间双向连接，CPLD模块输出端分别与左电机驱动系统和右电机驱动系统相连，所述的智能平衡控制装置能够对车体的速度、方向进行调整，实现 车身自平衡。所述传感器采集系统，包括A/D采集模块，其作用为对外部的电压、电流、压力、力口速度等传感器信号进行实时采集，再将所采集到的位置和状态信号传送给主控单片机进行分析处理。所述的主控单片机，使用4个IO 口与传感器采集系统进行数据总线通信，其作用为对传感器采集系统传送的数据的提取、运算、分析和控制，并及时传送到CPLD模块中，主控单片机同时接收CPLD模块实时检测的电机霍尔状态。所述CPLD模块，一方面与左、右电机驱动系统连接，一方面与主控单片机相应管脚连接，其作用为接收经主控单片机计算得出的电机控制的方向、相位和PWM数据，并将数据由12路IO 口同时输出，进而对电机进行相位变换；同时，CPLD模块与左、右电机的霍尔信号采集端相连，实时采集电机的霍尔状态，并传送给主控单片机进行处理。所述的左、右电机驱动系统，电机控制采用三相桥式控制电路，每个系统设置6个大功率MOS管，每个MOS管各需要一路的控制信号，左、右电机驱动系统共需12路IO控制 信号，均与CPLD模块相应管脚相连，由CPLD模块对其进行多路、并发控制。所述智能自平衡电动车，通过对其自身的速度及倾斜角度进行控制和调整，进而达到控制车身平衡的目的。对于平衡车的速度检测，常用方案如在智能平衡控制装置中加入编码器或加入线性霍尔，通过对编码器计算或对线性霍尔进行AD采集计算出速度值，再进一步计算出速度值，这在一定程度上增加了硬件成本，增加了信号连接也必然会降低整车的可靠性，而且必须有额外的空间来安装这些器件，增加了便携式设备的重量及大小，也增加了正常运行中的功耗。本专利技术中直接采集电机内部霍尔的方法计算速度。霍尔的测量是电机转动必须测量值，因此只需要一次测量霍尔状态，一方面用于控制电机转动，另一方面用于速度采集。所述速度检测与计算，通过CPLD模块引脚与电机霍尔信号采集端相应引脚相连，实时采集引脚电平，电机在运转时，引脚的电平会有规律的变化，组合成不同的数据，控制电机的换相，同时，当霍尔值变化时主控单片机定时器开始计时，当下一次霍尔值改变时，读取这个计数值，并清空计时器，开始下一次计数，然后根据两个霍尔点的距离L，和根据计时器得到的时间t，根据公式就可得出在微观状态下的速度值V=L/t;由于在微观的情况下，数值扰动一点就会影响很大，所以，需要对其进行一阶滤波，V=V2^V1* (I-K)其中Vl为上次滤波后的值,V2为本次计算出的值,V是本次滤波后的速度值,K为滤波系数(K的范围是(0，1))。修正后，得到比常规的对霍尔点计数的方法更准确的速度值，精度可以达到使用编码盘的效果。所述车身倾斜角度的检测与计算，一般采用陀螺仪值进行计算，但所述陀螺仪受温度影响较大，易产生零点漂移，因此本技术采集温度传感器的数据，用于修正陀陀螺仪的零点，对采集到的陀螺仪值进行积分，可以得到车体倾斜的角度值。所述陀螺仪值只在短时间内准确，而加速度计值在长时间内准确，所以本技术采用水平加速度的值来修正陀螺仪的值首先使用加速度传感器的重力效应，得到一个准确的静止时的车体在垂直方向上倾斜的角度值，但当车体在行驶的过程中，加速度传感器采集到的角度值是一个水平和垂直方向上的合加速度，为了得到垂直方向的倾斜角度，就需要先计算出水平方向dV的加速度；因为车体在水平方向运动，在水平方向产生了一个速度，所以根据公式ο=γ，dt对水平速度进行微分，就得到当前时刻的水平加速度值，对陀螺仪的值进行修正后，进而得到相对准确的角度值。所述智能自平衡电动车为保证驾驶者的安全性，对速度进行智能限速处理，即根据电机和车体参数，在程序中设置速度的最高值Vmax，使其在满足速度的要求的下，又使速度留有一个的安全空间，使其永远不会达到车体的极限值。当驾驶者驾驶速度已经达到限定的最大值时，车体通过留有的安全空间，在安全空间内增加一定的电机驱动力，使车体在行驶中有个加速的过程，而驾驶者由于惯性，滞后车体的变化，产生一个向后的拉力。根据传感器和速度的反馈，使车体产生减速的效果，车体达到新的速度平衡。实际测试中，安全空间内的加速过程，时间短，幅度小，驾驶者几乎感觉不到，这种方法比常用的直接限速调整，更加安全和舒适，所述智能自平衡电动车的载人踏板上还设有质量传感器，质量传感器的另一端与传感器采集系统输入端相连，能够对不同驾驶者体重进行检测，智能调控电机的功率，提高驾驶者的舒适度，提高电池的利用率。当驾驶者站立在车体上时，车体在保持平衡的同时自 动检测驾驶者的体重，然后根据检测值，调整PID调节中的P(比例相)参数，控制电机的输出力矩，当驾驶者体重较重时，通过增大P的值来增大电机的输出力矩，反之，则减小P的值来减小电机的力矩，动态调整参数，增加驾驶者的舒适度，提高电池的利用率。本技术的智能自平衡电动车，主要有以下有益效果I、本技术智能平衡车的智能平衡控制装置较传统平衡控制装置，采用能够多路、并发控制的驱动控制芯片，结合简便的速度信号采集方案，将多路的控制信号时间差控制在纳秒级，提升了运算效率，缩短运行时间，降低成本，更大提高了系统的稳定性；2、所述智能自平衡电动车采用了智能限速处理，对运动过程中的最大速度进行限制，并留有一定的上升空间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能自平衡电动车，其特征在于，所述智能自平衡电动车包括：（1）横向布置的两个车轮，与各自的驱动电机相连接，所述的车轮被横向固定在车轴上，所述的车轴连接有绕车轴自由转动的载人踏板，车轮、车轴和载人踏板相互固定连接成一整体；（2）横梁，所述横梁的左右两侧安装有把手，左右把手与横梁之间分别装有压力传感器；（3）立杆，所述立杆底部与载人踏板相连，顶部与横梁相连接；（4）智能平衡控制装置，所述的智能平衡控制装置，包括传感器采集系统、左电机驱动系统和右电机驱动系统，传感器采集系统输入端与压力传感器和车身的电流、电压、加速度等传感器相连，左电机驱动系统与左电机相连，右电机驱动系统与右电机相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱陈焜，
申请(专利权)人：上海跑酷机器人科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：