一種準(zhǔn)兩輪電動車的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種準(zhǔn)兩輪電動車，包括主輪、電機(jī)、運(yùn)動控制器、電源、導(dǎo)向輪、車架、鞍座、車把、腳踏，所述主輪固定安裝在車架的后部，電源通過運(yùn)動控制器驅(qū)動電機(jī)從而驅(qū)動主輪轉(zhuǎn)動，鞍座固定在車架的主輪上方附近位置。另設(shè)置有一個觸地壓力檢測裝置，用以測量導(dǎo)向輪的觸地壓力，其輸出信號接入運(yùn)動控制器并對其輸出產(chǎn)生影響，此影響包括在導(dǎo)向輪的觸地壓力過小時，限制主輪向前的加速度或驅(qū)動主輪產(chǎn)生向后的加速度以增加導(dǎo)向輪觸地壓力和避免所述準(zhǔn)兩輪電動車向后翻倒。運(yùn)動控制器有騎行模式和直立推行模式，在直立推行模式下，可以將本實(shí)用新型的準(zhǔn)兩輪電動車折疊后直立于地面，單手推行，因此對其便攜性有重要意義。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力驅(qū)動的自行車，特別是一種引入了智能動力控制的電動車，屬電 動車【技術(shù)領(lǐng)域】。 -種準(zhǔn)兩輪電動車 技術(shù)背景
[0002] 長期以來，人們?nèi)粘３鲂性絹碓蕉嗟伛{駛汽車，數(shù)量巨大的汽車帶來的污染和能 源消耗嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境。導(dǎo)致人們放棄公共交通而開車出行的一個主要原因 是，目前還沒有一種能夠?qū)⒍掏緜€人交通與公共交通很好融合的便攜交通工具?，F(xiàn)有的自 行車仍然不夠方便，這主要是因?yàn)?，自行車為了避免加速、減速時車輛向后仰或前翻，兩輪 之間需要設(shè)有較大距離，鞍座處于兩輪中間，加之兩輪都較大，造成了車體較大，因此即便 折疊，也不便于長距離攜帶和進(jìn)入公交車輛。電動自行車解決了動力問題，騎行省力，但由 于采用與普通自行車類似的結(jié)構(gòu)，尺寸較大而且沉重，攜帶更加不便。近年來出現(xiàn)了一種獨(dú) 輪自平衡電動車，它引入了車體姿態(tài)傳感器，一般是陀螺儀和加速度傳感器，根據(jù)倒立擺模 型，通過智能化的運(yùn)動控制，即通過分析傳感器的數(shù)據(jù)獲取車輛俯仰姿態(tài)，并通過控制車輪 的速度和加速度來實(shí)現(xiàn)車體在縱向（輪平面）平衡不傾倒。這種車輛體積小，一定程度上解 決了攜帶和進(jìn)入車輛的問題，但其缺點(diǎn)是，由于獨(dú)輪車本身不能實(shí)現(xiàn)側(cè)向平衡控制，因此需 要人時刻調(diào)整平衡，所以它對技巧要求很高，較難以學(xué)習(xí)，在行駛中也需要高度緊張，如果 器件失效則更易發(fā)生危險(xiǎn)；車輛的加減速和轉(zhuǎn)彎都由人的全身姿態(tài)控制，沒有扶手站立行 車，因此并不輕松，這些問題決定了這種獨(dú)輪平衡車不可能成為一種真正意義上的交通工 具。還有一種同軸兩輪車，雖然平穩(wěn)性改善，但仍然存在獨(dú)輪車的一些缺點(diǎn)，而體積和重量 大大增加，導(dǎo)致其更加不適合作為個人交通工具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，提供一種準(zhǔn)兩輪電動車，其操作方式和安全性與 現(xiàn)有電動自行車相仿，其尺寸重量明顯小于現(xiàn)有電動自行車，其安全性和易用性明顯優(yōu)于 現(xiàn)有自平衡獨(dú)輪車，且其便于攜帶進(jìn)入公交車輛和室內(nèi)。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的準(zhǔn)兩輪電動車，包括主輪1、電機(jī)2、運(yùn)動控制器3、電 源4、導(dǎo)向輪5、車架10、鞍座7、車把8、腳踏6,所述主輪1固定安裝在車架10的后部，電源 4通過運(yùn)動控制器3驅(qū)動電機(jī)2從而驅(qū)動主輪1轉(zhuǎn)動，鞍座7固定在車架10的位于主輪1 的后上部，所述車把連接桿11安裝在車架10的前部并能夠旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)向輪5設(shè)置于車架10 前下部位置，直接或間接與車把連接桿11相連，車把8安裝在車把連接桿11的上端，其轉(zhuǎn) 動時帶動導(dǎo)向輪5同步轉(zhuǎn)動，特別是，還設(shè)置有一個觸地壓力檢測裝置9,用以測量導(dǎo)向輪5 的觸地壓力，其輸出信號接入運(yùn)動控制器3并對其輸出產(chǎn)生影響，此影響包括在導(dǎo)向輪5的 觸地壓力過小時，限制主輪1向前的加速度，或驅(qū)動主輪1產(chǎn)生向后的加速度以增加導(dǎo)向輪 5的觸地壓力和防止所述準(zhǔn)兩輪電動車向后翻倒。
[0005] 作為改進(jìn)，還可以引入一種重心提示裝置，用于實(shí)時表示導(dǎo)向輪的觸地壓力情況 以便騎車人調(diào)整重心到適當(dāng)位置；還可以引入機(jī)械剎車裝置以實(shí)現(xiàn)急剎車操作，進(jìn)一步加 強(qiáng)安全性；還可以引入速度控制輸入裝置，以便不需要身體姿態(tài)的大幅度變化而調(diào)整行進(jìn) 速度。
[0006] 作為進(jìn)一步的改進(jìn)，引入車體姿態(tài)傳感器，如電子陀螺儀和加速度傳感器，并且所 述運(yùn)動控制器3設(shè)有騎行模式和直立推行模式兩種工作模式，在直立推行模式下，運(yùn)動控 制器3根據(jù)所述姿態(tài)傳感器的信號控制車體在主輪1單獨(dú)觸地的條件下在主輪1所在的平 面上，即前后方向上，自動趨向于某一預(yù)設(shè)的平衡姿態(tài)。
[0007] 本發(fā)明的構(gòu)思可以總結(jié)為，采用不對稱的兩輪結(jié)構(gòu)，主輪承擔(dān)絕大部分載荷從而 導(dǎo)向輪直徑可以很??；導(dǎo)向輪在前，可以自然防止車體前翻；引入對導(dǎo)向輪觸地壓力的實(shí) 時監(jiān)測，通過智能化地控制主輪加速度防止前輪騰空和車體后仰。導(dǎo)向輪的作用還在于，不 需身體姿態(tài)變化即可靈活控制行進(jìn)方向和控制左右平衡，特別是，通過實(shí)現(xiàn)直立推行解決 便攜性問題。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：1.由于鞍座后移，導(dǎo)向輪直徑小，從而整車尺寸減小，重量 減輕，結(jié)構(gòu)簡化。2.由于有轉(zhuǎn)向車把，方向控制直接可靠，左右平衡易于控制。3.由于引入 導(dǎo)向輪觸地壓力檢測和智能加速度控制，避免了車輛后翻滾，保證了安全性，也確保導(dǎo)向輪 適當(dāng)?shù)挠|地壓力。4.由于引入了機(jī)械剎車，確保發(fā)生電路故障時任然能夠控制車輛。5.由 于引入了直立推行模式，從實(shí)質(zhì)上解決了攜帶問題。6.由于控制復(fù)雜度比獨(dú)輪車降低，有利 于電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)效率的提高。7.由于實(shí)現(xiàn)了直立推行，攜帶時不需要提起，對整車重量限 制降低，從而降低了對材料的要求，有利于降低成本，并允許設(shè)置更大的電池，利于增加航 程。8.車輪滾動阻力接近于單輪車，優(yōu)于兩輪和多輪車。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的電動車的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例5的電動車的折疊方式示意圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例5的電動車折疊在直立推行模式下自動平衡過程的示意 圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1中運(yùn)動控制器3的控制狀態(tài)變遷示意圖。
[0013] 圖中：主輪1，電機(jī)2,運(yùn)動控制器3,電源4,導(dǎo)向輪5,腳踏6,鞍座7,車把8,觸地 壓力檢測裝置9,車架10,車把連接桿11。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了加深對本發(fā)明的理解和認(rèn)識，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做出進(jìn) 一步的說明和介紹。
[0015] 實(shí)施例1 :
[0016] 圖1表示了本發(fā)明的一個最簡潔的實(shí)施方式的準(zhǔn)兩輪電動車的結(jié)構(gòu)。圖中，車架 10主要由輕質(zhì)金屬管材構(gòu)成，電機(jī)2用于驅(qū)動主輪1，在本實(shí)施例中采用輪轂電機(jī)，因此電 機(jī)和車輪成為一個整體，結(jié)構(gòu)緊湊。電源4是一組電動車用蓄電池。鞍座7的位置決定了 騎行中整體重心的基本位置，本實(shí)施例將鞍座置于車架10位于主輪1上方的位置，從而使 騎行中正常姿態(tài)下人和車的合成重心位于主輪1與導(dǎo)向輪5之間接近主輪1的位置，目的 是使主輪1承擔(dān)大部分載荷，而導(dǎo)向輪5也有一定觸地壓力從而能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏的轉(zhuǎn)向。車 把8主要用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，同時也起到支撐人體的作用。車把8固定到車把連接桿11的 上端，車把連接桿11連接到車架10的前端，其連接方式類似于普通自行車相應(yīng)的連接。觸 地壓力檢測裝置9是由一個壓力緩沖裝置即減震器和一個直滑電位器構(gòu)成，所述壓力緩沖 裝置的一端連導(dǎo)向輪5,另一端連到車把連接桿11的下端。當(dāng)導(dǎo)向輪5受到地面的反作用 力時，所述壓力緩沖裝置彈性壓縮，帶動直滑電位器的觸點(diǎn)移動而改變電阻，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向 輪5的觸地壓力檢測。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)不同的壓力檢測裝置采用不同的原理實(shí) 現(xiàn)觸地壓力檢測，例如可以用霍爾器件結(jié)合磁體代替電位器，可以用半導(dǎo)體壓力傳感器直 接測量導(dǎo)向輪5的受力。
[0017] 優(yōu)化地，為了使騎行時整車負(fù)荷主要落在主輪1上而小部分落在導(dǎo)向輪5上，鞍座 7設(shè)置于車架10的主輪1上方并偏后的位置，另外由于導(dǎo)向輪5受力小，所以其直徑可以設(shè) 置為遠(yuǎn)小于主輪1的直徑，例如導(dǎo)向輪直徑為主輪1直徑的70%以下，這樣就進(jìn)一步減小了 所述車體的尺寸和重量。
[0018] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1在騎行中，運(yùn)動控制器3的控制狀態(tài)變遷示意圖。在騎 行中，本實(shí)施例根據(jù)導(dǎo)向輪觸地壓力進(jìn)行速度調(diào)整控制，其基本方法是：開機(jī)初始所述運(yùn)動 控制器3處于零加速狀態(tài)（Zero acceleration);在零加速狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，當(dāng)導(dǎo)向 輪5的觸地壓力Ft大于Fa時則進(jìn)入正加速狀態(tài)（Possitive acceleration);在正加速狀 態(tài)，主輪1加速旋轉(zhuǎn)，且Ft越大則此加速度越大，當(dāng)Ft小于Fb時則回到零加速狀態(tài)；在零加 速狀態(tài)，當(dāng)Ft小于Fd時則進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)（Negative acceleration),在負(fù)加速狀態(tài)，主輪 呈負(fù)的加速度，且Ft越小則減速越快，當(dāng)Ft大于Fc時，則回到零加速狀態(tài)；其中Fa>Fb>Fd， Fc>Fd。在本實(shí)施例中，考慮到普通人重量，設(shè)定Fa約為15Kg，F(xiàn)b約為10Kg，F(xiàn)c約為5Kg， Fd約為3Kg。上述具體數(shù)值可以根據(jù)不同調(diào)試要求進(jìn)行改變。
[0019] 實(shí)際上，更理想的方式是同時再設(shè)置一個主輪觸地壓力傳感器，上述Ft數(shù)值用主 輪、導(dǎo)向輪觸地壓力的比例關(guān)系來替代。但為了簡化設(shè)計(jì)本實(shí)施例不采用這種方法。
[0020] 本實(shí)施例的準(zhǔn)兩輪電動車在騎行時，通過身體保持正常姿態(tài)使車勻速運(yùn)行或靜止 不動，通過身體稍前傾實(shí)現(xiàn)加速，通過身體稍后傾實(shí)現(xiàn)減速。
[0021] 實(shí)施例2:
[0022] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，引入一個重心提示裝置，它根據(jù)所 述導(dǎo)向輪5的觸地壓力的大小，通過發(fā)光或振動或聲音的方式提示重心位置。由于在騎行 過程中，減少導(dǎo)向輪的負(fù)荷有利于運(yùn)行效率，但導(dǎo)向輪需要一定觸地壓力保證附著力以實(shí) 現(xiàn)靈敏轉(zhuǎn)向，同時重心過于偏后也易于發(fā)生后仰，所以重心的掌握很重要，引入重心提示裝 置有利于重心的合理掌握。其中發(fā)光方式例如設(shè)置多個LED指示燈，表示當(dāng)前重心位置； 振動方式例如在鞍座前后各設(shè)置一個振動器，當(dāng)重心偏前時前面的振動器啟動，當(dāng)重心偏 后時后面的振動器啟動；聲音方式例如設(shè)置兩種或多種不同的聲音頻率表示重心的不同位 置。
[0023] 實(shí)施例3 :
[0024] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，引入一個速度控制輸入裝置，其安裝在所述腳踏6上或 所述車把8上，其信號連到所述運(yùn)動控制器。本實(shí)施例中的速度控制輸入裝置主要由旋轉(zhuǎn) 電位器或霍爾器件構(gòu)成，類似于普通電動車的調(diào)速把手。在本實(shí)施例中，由于引入了速度控 制輸入裝置，在騎行時的基本控制方法是：當(dāng)速度控制裝置發(fā)出加速指令時，如果導(dǎo)向輪的 觸地壓力Ft大于導(dǎo)向輪最小壓力Fe，則完全根據(jù)速度控制裝置的輸入進(jìn)行加速，當(dāng)Ft小于 Fe時，則降低電機(jī)驅(qū)動強(qiáng)度，使Ft維持在Fe之上，同時通過重心提示裝置提示駕駛?cè)松眢w 重心前移。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，不需要騎車人身體的大幅度變化即可調(diào)整速度，更加方便自 然。
[0025] 實(shí)施例4 :
[0026] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，還可以引入一個機(jī)械剎車裝置，它由安裝在所述主輪上 的阻尼剎車裝置和安裝在所述腳踏上或所述車把上的剎車控制裝置構(gòu)成，類似于普通自行 車的剎車裝置。在本實(shí)施例中，可以采用普通電動自行車的方法，引入一個聯(lián)動的開關(guān)連到 運(yùn)動控制器3,使得當(dāng)剎車時，停止電機(jī)驅(qū)動，或啟動能量回收。安裝了機(jī)械剎車裝置后，可 以進(jìn)一步提商安全性。
[0027] 實(shí)施例5 :
[0028] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在實(shí)施例1，2, 3,4的基礎(chǔ)上，或在這四個實(shí)施例的任意 組合的準(zhǔn)兩輪電動車的基礎(chǔ)上，引入一組車體姿態(tài)傳感器，其輸出連到運(yùn)動控制器3,并且 運(yùn)動控制器3可在騎行模式與直立推行模式之間切換。所述騎行模式即正常騎行前進(jìn)的模 式，其控制方法如實(shí)施例1和實(shí)施例3中所描述。在直立推行模式下，主輪1單獨(dú)觸地，運(yùn)動 控制器3根據(jù)所述姿態(tài)傳感器的信號控制車體在主輪1所在的平面上，即前后方向上，趨向 于某一預(yù)設(shè)的平衡姿態(tài)，其實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的自平衡獨(dú)輪車或同軸雙輪自平衡車類似。所 述的平衡姿態(tài)應(yīng)當(dāng)是，整車的重心處于主輪1的觸地點(diǎn)的正上方時整車的俯仰角度，此目 標(biāo)的平衡姿態(tài)設(shè)定可以是固定的，也可以在使用中根據(jù)附加載荷的變化臨時，通過相應(yīng)的 附加開關(guān)設(shè)定。
[0029] 最可行的情況是，所述姿態(tài)傳感器由一個電子陀螺儀和一個加速度傳感器構(gòu)成， 車架10是可折疊的，折疊后主輪1能夠接觸路面，當(dāng)車架折疊時，運(yùn)動控制器3進(jìn)入直立推 行模式。騎行模式和直立推行模式的轉(zhuǎn)換可以通過一個與車體折疊相聯(lián)動的開關(guān)實(shí)現(xiàn)，也 可以通過智能化的姿態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)。圖2表示了本實(shí)施例車體折疊方式的示意圖，本實(shí)施例 將車體折疊為一個長條型，主輪在其一端，從而能夠著地運(yùn)行，且車體折疊后在橫向所占空 間很小，從而非常便于攜帶進(jìn)入公交車輛。圖3表示了直立推行模式下車體自動趨于平衡 姿態(tài)從而能夠單手推動、平穩(wěn)運(yùn)行的機(jī)理。圖中，假設(shè)預(yù)設(shè)的平衡姿態(tài)為整車輪廓垂直于地 面，此時當(dāng)用手推動鞍座位置向左，則車體向左傾斜，車內(nèi)的姿態(tài)傳感器檢測到此傾斜，則 控制車輪旋轉(zhuǎn)向左移動，從而抵消車體傾斜回到堅(jiān)直狀態(tài)，在此過程中，實(shí)現(xiàn)了整車的平穩(wěn) 左移。保持上部的推動則整車連續(xù)處于接近堅(jiān)直狀態(tài)平穩(wěn)移動。由于車輪只能在其所在的 平面上前后移動，因此只能在前后保持平衡，側(cè)向的平衡還需要外力保持。
[0030] 本實(shí)施例的意義在于，通過實(shí)現(xiàn)直立推行模式，攜帶本發(fā)明的準(zhǔn)雙輪電動車進(jìn)入 室內(nèi)、車內(nèi)，甚至上下樓梯時，都能夠單手推動其平穩(wěn)進(jìn)退轉(zhuǎn)彎，不必將車提起攜帶，從而從 實(shí)質(zhì)上解決了便攜性問題。甚至可以搭載行李推行，進(jìn)一步增加了其實(shí)用性。
[0031] 雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例公開如上，但具體實(shí)施例和附圖并不是用來限定本發(fā) 明，任何熟悉此技藝這，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，但同 樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種準(zhǔn)兩輪電動車，包括主輪（1)、電機(jī)（2)、運(yùn)動控制器（3)、電源（4)、導(dǎo)向輪（5)、 車架（10)、鞍座（7)、車把（8)、腳踏（6)，所述電源（4)用于給驅(qū)動主輪（1)的電機(jī)（2)供電， 所述主輪（1)固定安裝在車架（10)的后部，鞍座（7)設(shè)置在車架（10)的后上部，所述車把 連接桿（11)安裝在車架（10)的前部并能夠旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)向輪（5)設(shè)置于車架（10)前下部位置， 直接或間接與車把連接桿（11)相連，車把（8)安裝在車把連接桿（11)的上端，其轉(zhuǎn)動時帶 動導(dǎo)向輪（5)同步轉(zhuǎn)動，其特征在于，還包括設(shè)置于車把連接桿（11)下端和導(dǎo)向輪（5)之間 的觸地壓力檢測裝置（9)，所述觸地壓力檢測裝置（9)輸出信號到運(yùn)動控制器（3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)兩輪電動車，其特征在于，所述導(dǎo)向輪（5)的直徑明顯小于 所述主輪（1 )，所述鞍座（7 )處于車架（10 )的位于主輪（1)上方偏后的位置，所述觸地壓力 檢測裝置（9 )由一個壓力緩沖裝置和連接到此壓力緩沖裝置兩端的位移傳感器構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)兩輪電動車，其特征在于，還有速度控制輸入裝置，其安裝 在所述腳踏（6)上或所述車把（8)上，其信號連到所述運(yùn)動控制器（3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)兩輪電動車，其特征在于，還包括機(jī)械剎車裝置，它由安裝 在所述主輪（1)上的阻尼剎車裝置和安裝在所述腳踏（6)上或所述車把（8)上的剎車控制 裝置構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的準(zhǔn)兩輪電動車，其特征在于，所述車架（10)是可折疊 的，所述車把連接桿（11)和車輪（1)分別可收合的連接于車架（10)主梁的前端和后端，并 可收合到近似平行于車架（10)的主梁，折疊后主輪（1)接觸路面。
【文檔編號】B62M6/45GK203844935SQ201420086414
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】鮑煒 申請人:鮑煒