[发明专利]自平衡装置、前后两轮车辆及其控制方法

说明书

本发明涉及平衡技术领域，尤其涉及一种自平衡装置，包括陀螺组件、进动驱动部件和进动刹车部件，陀螺组件包括可转动地安装于车身上的内框体、可转动地设于内框体内部的转动体和驱动转动体转动的动力件，内框体的转动轴线与转动体的转动轴线正交，进动驱动部件用于控制内框体转动，进动刹车部件用于锁定或松开内框体，使内框体相对车身固定或可转动。还涉及包括该自平衡装置的前后两轮车辆及该前后两轮车辆的控制方法，控制方法主要是控制系统根据车速传感器检测到的车速信息切换自平衡装置的工作状态：当车速升高至设定高速值时切换为无进动状态，当车速降低至设定低速值时切换为进动平衡状态，设定高速值大于或等于设定低速值。

技术领域

本发明涉及平衡技术领域，尤其涉及一种自平衡装置、一种包括该自平衡装置的前后两轮车辆以及一种该前后两轮车辆的控制方法。

背景技术

通常，在车辆上设置陀螺作为平衡装置，其平衡原理是利用陀螺的进动可以输出陀螺力矩的效应在车辆发生倾斜时修正车辆姿态，实现车辆自平衡调节，角动量是衡量陀螺平衡能力的指标。目前，对车辆上陀螺平衡装置的研究目标都是实现车辆停止、前进、后退、转弯、碰撞等各种工况下的平衡控制，这种全功能目标的实现需要很大的角动量，但是，角动量越大，陀螺尺寸重量越大，功耗也越大，最终导致陀螺的尺寸、重量、耗电都大，使得陀螺不仅成本高，并且占用车上电池空间、增加车重，严重影响车辆续航；同时，陀螺在车辆使用过程中始终保持进动运动状态，而两轮车辆在快速转弯、车辆变道等情况下，需要车身倾斜以完成相应动作，但陀螺的进动运动会阻碍车身的倾斜引发车辆失控而摔倒。目前，为实现车辆快速转弯而设计的陀螺控制算法还不成熟，不具备广泛应用并进入商业市场的条件，这也是陀螺平衡装置至今还未实现广泛应用的另一个重要原因。

现有技术中采用两个或两个以上陀螺的方案来保证实现车辆使用时全工况下的平衡控制。例如，公告号CN209852452U的实用新型专利公开了一种平衡装置和设置有平衡装置的车辆，由于其结构复杂，造成尺寸大、重量大、功耗大、占用电池空间大、影响车辆续航及噪声大等缺陷，以及在车辆快速转弯或变道时会对车辆所需的倾斜运动产生干扰的问题，导致实际应用未能普及，因而缺少可实施性和实用性。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种自平衡装置，能够将对车辆整车续航的影响降至最低，同时既能满足车辆停车和低速行驶时的自平衡需求，又能不影响车辆快速转弯或变道时所需的倾斜运动。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种自平衡装置，包括陀螺组件、进动驱动部件和进动刹车部件，陀螺组件包括可转动地安装于车身上的内框体、可转动地设于内框体内部的转动体、和驱动转动体转动的动力件，内框体的转动轴线与转动体的转动轴线正交，进动驱动部件和进动刹车部件均与内框体相连接，进动驱动部件用于控制内框体转动，进动刹车部件用于锁定或松开内框体，使内框体相对车身固定或可转动。

优选地，动力件、进动驱动部件和进动刹车部件均与控制系统相连接。

优选地，动力件设于内框体上，内框体外部设有进动轴，进动轴与车身可转动地连接；进动轴内部沿轴向贯通，供动力件的电线穿过。

优选地，进动刹车部件为电控刹车部件。

优选地，进动刹车部件包括电磁制动器，电磁制动器包括转子、电磁线圈和位于转子与电磁线圈之间的衔铁，电磁线圈与车身相连接固定，转子与内框体相连接固定或通过传动机构与内框体相连接。

优选地，电磁制动器为牙嵌式电磁制动器。

优选地，进动驱动部件包括驱动电机，驱动电机与车身相连接固定，驱动电机的转动输出端与内框体相连接固定或通过传动机构与内框体相连接。

优选地，传动机构为带轮传动机构或齿轮传动机构或链传动机构。