[发明专利]一种异轴两轮自平衡车

说明书

本发明提供一种异轴两轮自平衡车，包括车架、驾驶室、前轮、方向盘、座椅、后轮、自平衡系统、电池组、传感器、控制单元；自平衡系统包括电动机和转子盘，转子盘与电动机转轴固定连接，电动机与车架固定连接。本发明利用自平衡系统施加在车架上的控制力矩来调节车辆的平衡。原理是当车身倾斜时，传感器将车身倾斜信号反馈给控制单元，控制单元控制电机输出转矩，带动转子盘旋转，根据作用力与反作用力原理，转子盘对电动机产生大小相同、方向相反的反作用力矩，反作用力矩作用在车架上，使车辆保持平衡。

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，具体涉及一种异轴两轮自平衡车。

背景技术

随着城市的交通状况日益拥挤，以及人们的环境保护意识不断提高，像自行车、电动自行车这些异轴两轮车在市面上很受欢迎。这类两轮车的特点是两个轮子前后布置、不共轴，在行驶中依靠骑行者控制前轮转角实现动态平衡。但是，在低速和静止状态下这类两轮车很难实现平衡，因此需要设计成敞开式的结构，以便骑行者可以用双脚支撑保持平衡和安全。异轴两轮车辆在平衡稳定性方面的缺陷，使得舒适性和安全性得不到保障。为此，需要一种可以封闭的异轴两轮自平衡车，既能兼顾两轮车方便快捷的优点，又能保证舒适安全。

目前，国内外解决异轴两轮车自平衡问题采用的是陀螺稳定器原理。对于高速转动的陀螺仪，通过电动机控制陀螺进动角速度的大小和方向产生控制力矩，用于车辆的平衡控制。但是，陀螺稳定器造价高、耗能大、结构复杂、控制方法实现困难，而且一般需要成对布置以抵消陀螺稳定器对车身竖直方向的转矩。其实，对于二轮车辆的平衡控制有更直接的控制原理。比如，根据作用力和反作用力原理，车辆可以通过向外部施加作用力矩得到反作用力矩，并将此反作用力矩作为平衡所需的控制力矩来实现车辆自平衡。所以，可以利用电动机在低转速也能产生较大转矩这一特点，增大电动机转子转动惯量，通过转子对电动机的反作用力矩调节车辆平衡。

发明内容

技术问题：本发明提供一种利用电动机反作用力矩作为平衡控制力矩的异轴两轮自平衡车。

技术方案：本发明的一种异轴两轮自平衡车，包括车架、驾驶室、前轮、方向盘、座椅、后轮、自平衡系统、传感器、电池组、控制单元，所述自平衡系统包括电动机、转子盘、电动机转轴、轴承，电动机固定在车架上，转子盘固定在电动机转子上，电动机转轴末端与轴承内圈配合，轴承外圈与车架配合。

本发明中，自平衡系统中的电动机转轴的轴向与车辆前进方向相同或平行。

本发明中，转子盘为轴对称、动平衡结构，用来增大电动机转子的转动惯量。转子盘与电动机的转子相连，受转子转矩作用。

本发明中，电池组固定在车架上，或者固定在转子盘上起到增加转子转动惯量的作用。

本发明中，电动机、传感器、控制单元分别连接电池组，传感器与控制单元连接，控制单元与电动机连接。

本发明中，传感器测量车架倾斜角度和角速度并将测量结果传输给控制单元，控制单元采用合适的控制策略控制电动机的旋转方向和输出转矩。

本发明中，电动机可带动转子盘进行顺时针或逆时针转动，根据右手定则，产生沿着车身前进方向的控制力矩或者相反方向的控制力矩。

本发明描述了一种异轴两轮自平衡车，利用自平衡系统施加在车架上的控制力矩来调节异轴两轮车的平衡。主要是当车辆倾斜时，传感器将车辆倾斜信号反馈给控制单元，控制单元控制电动机的旋转方向和输出转矩，带动转子盘旋转，根据作用力与反作用力原理，转子盘对电动机产生大小相同、方向相反的反作用力矩，反作用力矩作为控制力矩施加到车架上使车辆保持平衡。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明中的自平衡系统结构简单，只需一个电动机和转子盘，转子盘的作用是增大转子的转动惯量。