專利名稱：一種電動(dòng)單輪腳踏車的制作方法
專利說(shuō)明 本實(shí)用新型涉及單輪腳踏車，特別涉及一種休閑娛樂(lè)用電動(dòng)單輪腳踏車?，F(xiàn)有的單輪腳踏車主要靠人力驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)包括車架、車座、腳蹬及車輪，腳蹬直接與車輪的輪軸相連，車輛的前進(jìn)和后退都是騎車者通過(guò)腳蹬帶動(dòng)車輪的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)轵T車者的重心始終高于輪軸，車輛的平衡需要騎車者通過(guò)前移或后移自己的重心配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要專門(mén)的訓(xùn)練。騎車者通過(guò)不斷用腳蹬驅(qū)動(dòng)車輪前后轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。車輛的轉(zhuǎn)彎是通過(guò)重心的左右偏移，引起兩側(cè)輪緣半徑變化，造成車輪左右兩邊滾動(dòng)距離差，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。騎車者一般只有通過(guò)專門(mén)的訓(xùn)練，掌握了嫻熟的技術(shù)和高超的平衡感才能使用，比如說(shuō)馬戲團(tuán)的表演人員，因此單輪腳踏車進(jìn)入普通的家庭仍存在很大的障礙。本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)保持平衡的電動(dòng)單輪腳踏車。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種電動(dòng)單輪腳踏車，包括車架、車輪、腳蹬和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述車輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸與車架相連接，腳蹬安裝在車架兩側(cè)；還包括自穩(wěn)定系統(tǒng)；所述自穩(wěn)定系統(tǒng)包括角度傳感器和傾斜控制器；所述角度傳感器設(shè)置在車架側(cè)面，與傾斜控制器電連接；傾斜控制器與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電連接。
進(jìn)一步的，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、驅(qū)動(dòng)控制器、電動(dòng)機(jī)、從動(dòng)輪和同步帶；所述驅(qū)動(dòng)控制器與電動(dòng)機(jī)和電源電連接；電動(dòng)機(jī)和從動(dòng)輪通過(guò)同步帶相連，從動(dòng)輪與所述車輪同軸連接；所述驅(qū)動(dòng)控制器、電動(dòng)機(jī)和電源安裝在車架內(nèi)部，位于車輪上方。
進(jìn)一步的，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括斬波器，串連連接在電源與驅(qū)動(dòng)控制器之間，其控制端與傾斜控制器相連。
進(jìn)一步的，本實(shí)用新型還包括車座，設(shè)置在車架上方，電源控制開(kāi)關(guān)安裝在車座上。
更進(jìn)一步，本實(shí)用新型還包括桿狀把手，設(shè)置在車架上，電源控制開(kāi)關(guān)安裝在把手或桿身上。
更進(jìn)一步，所述車架是單面開(kāi)口的盒式，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和自穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)置在盒式車架內(nèi)部頂端，車輪的一部分被車架所遮蓋。
本實(shí)用新型單輪腳踏車采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)合測(cè)量?jī)A斜角度的傳感器，使用者產(chǎn)生的任何輕微的重心變化，電動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向前或向后的電驅(qū)動(dòng)，使單輪驅(qū)動(dòng)保持自平衡，從而克服了以往單輪腳踏車沒(méi)有高超技藝就難于平衡的缺點(diǎn)。車架采用一面開(kāi)口的安裝盒式，以便將控制系統(tǒng)放置在里面，保持腳踏車外形的美觀，在遇到意外情況人車摔倒時(shí)，盒式車架也可以起到保護(hù)和支撐車體的功能。本實(shí)用新型同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論大人、小孩都可以很輕松地操作本實(shí)用新型腳踏車，在家里和辦公室都可以玩。本實(shí)用新型腳踏車尤其適用于步行街、廣場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)和大型會(huì)場(chǎng)等汽車無(wú)法通行的場(chǎng)合，可為人代步，移動(dòng)靈活，又可供娛樂(lè)。


圖1是本實(shí)用新型一種電動(dòng)單輪腳踏車的主視圖。
圖2是本實(shí)用新型一種電動(dòng)單輪腳踏車的左視圖。
圖3是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是本實(shí)用新型電動(dòng)單輪腳踏車所采用的模糊控制原理圖。
下面根據(jù)附圖和較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
如
圖1和圖2所示，本實(shí)用新型所述電動(dòng)單輪腳踏車包括車座1、車架2、車輪4、腳蹬3、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5和自穩(wěn)定系統(tǒng)6。車架2采用一面開(kāi)口的盒式形狀，車座1安裝在車架2的上面，即相對(duì)開(kāi)口的另一面上。車輪4通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)軸安裝在車座1下部，與轉(zhuǎn)軸固定連接，車輪4的一部分被車架2所遮蓋。腳蹬3安裝在車架2兩側(cè)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5和自穩(wěn)定系統(tǒng)6安裝在車座1的內(nèi)部。車架起到了保護(hù)其內(nèi)部裝置的作用，又保持了腳踏車外形的美觀，同時(shí)，在遇到意外情況人車摔倒時(shí)，盒式車架也可以起到保護(hù)和支撐車體的功能。
圖3是本實(shí)用新型中控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖中的參考值是傾斜控制器中程序初始設(shè)定的，其中，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5包括電源51、斬波器52、驅(qū)動(dòng)控制器53、電動(dòng)機(jī)54、從動(dòng)輪55和同步帶56。所述電源51通過(guò)斬波器52向驅(qū)動(dòng)控制器53提供電能，而斬波器52對(duì)電源51(蓄電池)的輸出進(jìn)行整流，進(jìn)行升/降壓處理后輸入到驅(qū)動(dòng)控制器53。驅(qū)動(dòng)控制器53與電動(dòng)機(jī)54相連，控制電動(dòng)機(jī)54的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)54通過(guò)同步帶56帶動(dòng)從動(dòng)輪55旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)車輪4旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)腳踏車向前或向后運(yùn)動(dòng)。其中，驅(qū)動(dòng)控制器53、電動(dòng)機(jī)54和電源51安裝在車架2內(nèi)部，位于車輪4上方。電源51的開(kāi)關(guān)安裝在車座1上方便駕駛者操作的位置。汽車者通過(guò)電源開(kāi)關(guān)可以方便地駕駛車輛前進(jìn)或后退。車輛的左右轉(zhuǎn)彎則通過(guò)騎車者的重心左移或右移引起車輪左邊或右邊輪緣半徑變化，從而引起左右兩側(cè)滾動(dòng)距離的差異，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎。
自穩(wěn)定系統(tǒng)6包括角度傳感器61和傾斜控制器62。角度傳感器61設(shè)置在車架2側(cè)面，與傾斜控制器62電連接，傾斜控制器62與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電連接。
角度傳感器61用于測(cè)量騎車者及車輛重心向前/后偏離垂直位置(即前傾或后傾)的傾斜角度v(Δv)，并傳遞給傾斜控制器62。傾斜控制器62接受來(lái)自角度傳感器61的信號(hào)，通過(guò)模糊控制，計(jì)算出明確的值給斬波器52和驅(qū)動(dòng)控制器53。為維持車輛的平衡，由驅(qū)動(dòng)控制器53發(fā)出需要的扭距指令，(所有驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的扭距指令都是由驅(qū)動(dòng)控制器輸出的)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)54使車輛前進(jìn)或后退。傾斜角度越大車輛行駛速度越快，當(dāng)傾斜保持一定角度時(shí)，傾斜控制器62的輸出不再發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)控制器的輸出不發(fā)生變化，車輛以勻速行駛。當(dāng)車輛靜止時(shí)，角度傳感器61輸入的數(shù)值幾乎為零，為了維持車輛的平衡，角度傳感器61測(cè)量的傾斜角度由傾斜控制器62模糊化控制后變成確切的控制量，輸入到斬波器52和驅(qū)動(dòng)控制器53，驅(qū)動(dòng)控制器53輸出維持平衡需要的扭距指令，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)54以大約每秒上百次向前或向后運(yùn)動(dòng)來(lái)保持車輛的垂直穩(wěn)定。當(dāng)騎車者重心向左或向右移動(dòng)時(shí)，會(huì)引起車輪4的左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎。這樣，通過(guò)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)合測(cè)量?jī)A斜角度的傳感器，對(duì)于使用者產(chǎn)生的輕微的重心變化，電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向前或向后的電驅(qū)動(dòng)，使單輪腳踏車保持自平衡。
圖4是本實(shí)用新型電動(dòng)單輪腳踏車所采用的模糊控制原理圖。模糊控制本質(zhì)上就是一個(gè)采用了模糊控制算法的計(jì)算機(jī)或芯片，它由三個(gè)基本部分構(gòu)成(1)將輸入的確切值“模糊化”，成為可用模糊集合描述的變量；(2)應(yīng)用語(yǔ)言規(guī)則進(jìn)行模糊推理；(3)對(duì)推理結(jié)果進(jìn)行決策并反模糊化(也稱為清晰化、解模糊)，使之轉(zhuǎn)化為確切的控制量。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)改進(jìn)，還包括桿狀把手，設(shè)置在車架上，位于車座1的前方，可以調(diào)節(jié)其調(diào)節(jié)螺栓以調(diào)節(jié)其傾斜角度，使駕駛者感覺(jué)舒適。電源51控制開(kāi)關(guān)安裝在把手或桿身上，更加方便駕駛者操作，且更好地幫助駕駛者在運(yùn)動(dòng)中維持平衡。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)單輪腳踏車，包括車架、車輪、腳蹬和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述車輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸與車架相連接，腳蹬安裝在車架兩側(cè)；其特征在于還包括自穩(wěn)定系統(tǒng)；所述自穩(wěn)定系統(tǒng)包括角度傳感器和傾斜控制器；所述角度傳感器設(shè)置在車架側(cè)面，與傾斜控制器電連接；傾斜控制器與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)單輪腳踏車，其特征在于所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、驅(qū)動(dòng)控制器、電動(dòng)機(jī)、從動(dòng)輪和同步帶；所述驅(qū)動(dòng)控制器與電動(dòng)機(jī)和電源電連接；電動(dòng)機(jī)和從動(dòng)輪通過(guò)同步帶相連，從動(dòng)輪與所述車輪同軸連接；所述驅(qū)動(dòng)控制器、電動(dòng)機(jī)和電源安裝在車架內(nèi)部，位于車輪上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)單輪腳踏車，其特征在于所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括斬波器，串連連接在電源與驅(qū)動(dòng)控制器之間，其控制端與傾斜控制器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)單輪腳踏車，其特征在于還包括車座，設(shè)置在車架上方，電源控制開(kāi)關(guān)安裝在車座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)單輪腳踏車，其特征在于還包括桿狀把手，設(shè)置在車架上，電源控制開(kāi)關(guān)安裝在把手或桿身上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)單輪腳踏車，其特征在于所述車架是單面開(kāi)口的盒式，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和自穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)置在盒式車架內(nèi)部頂端，車輪的一部分被車架所遮蓋。
專利摘要本實(shí)用新型涉及單輪腳踏車，特別涉及一種休閑娛樂(lè)用電動(dòng)單輪腳踏車，包括車架、車輪、腳蹬和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述車輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸與車架相連接，腳蹬安裝在車架兩側(cè)；還包括自穩(wěn)定系統(tǒng)；所述自穩(wěn)定系統(tǒng)包括角度傳感器和傾斜控制器；所述角度傳感器設(shè)置在車架側(cè)面，與傾斜控制器電連接；傾斜控制器與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電連接。本實(shí)用新型單輪腳踏車克服了以往單輪腳踏車難于平衡需要專業(yè)人員才可使用的缺點(diǎn)；同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論大人、小孩都可以很輕松地操作本實(shí)用新型腳踏車，在家里和辦公室都可以玩，尤其適用于步行街、廣場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)和大型會(huì)場(chǎng)等場(chǎng)合。
文檔編號(hào)B62K1/00GK2860988SQ200520119959
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者張麗君 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司