本發(fā)明涉及一種車輛平衡裝置以及調(diào)整車輛平衡的方法，可以用于自行車、電動車、摩托車、汽車等各種車輛上，更具體地說，本發(fā)明涉及一種使得各種車輛在不借助任何外力作用下自動保持平衡，并且即使遭遇一定撞擊仍然可以保持平衡的車輛平衡裝置以及調(diào)整車輛平衡的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，現(xiàn)在的兩輪交通工具中，以摩托車為例，摩托車本身是無法保持平衡的，在靜止?fàn)顟B(tài)下需要利用與地面接觸的支架來防止摩托車傾倒，而在運(yùn)動狀態(tài)下，如果摩托車發(fā)生傾斜，就需要駕駛者用調(diào)整身體等方式使摩托車恢復(fù)平衡。

這樣的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方式導(dǎo)致了如下的問題：(1)支架需要在摩托車靜止時放下，在運(yùn)動時收起，反復(fù)的收起放下動作會導(dǎo)致支架易于磨損，使得支架損壞或者相對于摩托車的角度發(fā)生變化，這樣會導(dǎo)致支架不能實(shí)現(xiàn)本來的支撐功能，摩托車無法保持平衡而傾倒；(2)在駕駛者自己調(diào)整身體來應(yīng)對摩托車傾斜的情況下，在摩托車傾斜過大的情況下，駕駛者容易無法應(yīng)對而導(dǎo)致摩托車側(cè)翻，即使摩托車傾斜不大，駕駛者也需要不斷地與該傾斜對應(yīng)地調(diào)整，對于駕駛的安全性也造成了一定威脅。

對汽車駕駛而言，在因?yàn)檫^彎或者地面不平而產(chǎn)生側(cè)傾時，也會影響到駕駛員的駕駛體驗(yàn)，同樣需要能夠快速地應(yīng)對側(cè)傾而調(diào)整汽車平衡的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述問題而提出，目的在于提供一種車輛平衡裝置以及調(diào)整車輛平衡的方法，能夠在兩輪車或者汽車傾斜的情況下調(diào)整車輛的平衡。

技術(shù)方案1為車輛平衡裝置，用于保持車輛平衡，所述車輛包括車 架和車輪，所述車輛平衡裝置包括：傳感器，傳感器與所述車架連接，用于檢測車輛的傾斜角度；控制器，與所述傳感器連接，接收來自所述傳感器的信號；控制電機(jī)，與所述控制器連接，在所述控制器的控制下動作；轉(zhuǎn)子電機(jī)，與所述控制電機(jī)連接，與所述控制電機(jī)的動作聯(lián)動而上下擺動，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平衡。

技術(shù)方案2的車輛平衡裝置中，所述控制電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。

技術(shù)方案3的車輛平衡裝置中，所述控制電機(jī)的輸出端通過減速器而與所述轉(zhuǎn)子電機(jī)固定連接。

技術(shù)方案4的車輛平衡裝置中，所述控制電機(jī)的輸出端直接與所述轉(zhuǎn)子電機(jī)固定連接

技術(shù)方案5的車輛平衡裝置中，所述車輛平衡裝置安裝在車架寬度方向上的中心位置。

技術(shù)方案6的車輛平衡裝置中，所述車輛平衡裝置與車載電源連接以獲得電力。

技術(shù)方案7為調(diào)整車輛平衡的方法，用于保持車輛平衡，所述車輛包括車架和車輪，所述方法包括：利用傳感器檢測車輛的傾斜角度，在檢測到車輛傾斜的情況下將信號發(fā)送給控制器，控制器接收到信號后來對控制電機(jī)的動作進(jìn)行控制，控制電機(jī)動作，使得與控制電機(jī)聯(lián)動的轉(zhuǎn)子電機(jī)動作而上下擺動，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平衡。

技術(shù)效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠在兩輪車或者汽車傾斜的情況下、自動向相反方向?qū)嵤┢胶饬?，從而調(diào)整車輛的平衡。

附圖說明

圖1是安裝有本發(fā)明的車輛平衡裝置的兩輪車的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是車輛處于平衡狀態(tài)時的主視圖。

圖3是車輛處于平衡狀態(tài)時的左視圖。

圖4是車輛處于傾斜狀態(tài)時車輛平衡裝置動作的主視圖。

圖5是車輛處于傾斜狀態(tài)時車輛平衡裝置動作的左視圖。

具體實(shí)施方式

圖1是安裝有本發(fā)明的車輛平衡裝置的兩輪車的結(jié)構(gòu)示意圖。所述車輛至少包括車架1和車輪2，車輛平衡裝置3安裝在車架1上。車輛當(dāng)然還包括維持車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的一般裝置，例如發(fā)動機(jī)、車燈等等，在此省略表述。

在這里，將從前車輪到后車輪的縱向方向稱為長度方向，將俯視看去的從車體左側(cè)到右側(cè)的方向稱為寬度方向，將從車座到地面的垂直方向稱為高度方向，車輛座椅為上方，相對來說地面為下方。車輛平衡裝置3沿長度方向安裝在車架1上，優(yōu)選為安裝在車架寬度方向上的中心位置，車輛平衡裝置3利用框架4與車架1的接合而安裝在車架1上。當(dāng)然，只要能夠?qū)崿F(xiàn)車輛平衡裝置3與車架1的接合，除了框架4之外，也可以采用其他的實(shí)施方式?？蚣?也可以是車架1的一部分。

車輛平衡裝置3包括：傳感器5，傳感器5與車架連接，用于檢測車輛的傾斜角度；控制器6，與傳感器5和后述的控制電機(jī)7連接，用于控制控制電機(jī)7的動作；控制電機(jī)7，與后述的轉(zhuǎn)子電機(jī)8連接，在控制器6的控制下動作，使得轉(zhuǎn)子電機(jī)8聯(lián)動地動作；轉(zhuǎn)子電機(jī)8，與控制電機(jī)7的動作聯(lián)動而上下擺動，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平衡。其中，控制器6與傳感器5和控制電機(jī)7之間通過未圖示的導(dǎo)線連接，或者也可以通過紅外線等無線方式連接。

傳感器5可以是通常的角度傳感器，用來測量車輛相對于水平地面的傾斜角度。傳感器5檢測后，將信號發(fā)送到控制器6。為了實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，除了檢測車輛傾斜角度的傳感器之外，還可以進(jìn)一步利用其他傳感器，例如檢測車輛當(dāng)前速度或者車輛當(dāng)前加速度的傳感器，來與檢測車輛傾斜角度的傳感器配合使用，綜合考慮這些傳感器的參數(shù)后，來判斷在何種情況下使控制電機(jī)動作。這些傳感器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以集成為一個傳感器例如三合一傳感器?？梢愿鶕?jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要來配置傳感器的種類以及所檢測的參數(shù)。

控制器6可以執(zhí)行PID控制等反饋控制，在接收到來自傳感器5的檢測信號后，對控制電機(jī)7的動作進(jìn)行控制，使得控制電機(jī)7轉(zhuǎn)動。

控制電機(jī)7優(yōu)選是伺服電機(jī)，也可以是步進(jìn)電機(jī)?？刂齐姍C(jī)7在控制器6的控制下轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動被輸出到轉(zhuǎn)子電機(jī)8，從而使得轉(zhuǎn)子電機(jī)8上下擺動。

控制電機(jī)7的輸出端通過減速器而與轉(zhuǎn)子電機(jī)8固定連接，減速器可以是齒輪齒條減速器或者是蝸輪蝸桿減速器等。當(dāng)然，控制電機(jī)7的輸出端也可以直接與轉(zhuǎn)子電機(jī)8固定連接。直接連接時的電機(jī)為直驅(qū)電機(jī)，其輸出力矩大，因此省去了諸如減速器，齒輪箱，皮帶輪等連接機(jī)構(gòu)，既減少了由于機(jī)械結(jié)構(gòu)摩擦而產(chǎn)生尺寸方面的誤差，也降低了使用時的噪音等。這樣，控制電機(jī)7的輸出被傳遞給轉(zhuǎn)子電機(jī)8，轉(zhuǎn)子電機(jī)8與控制電機(jī)7的動作聯(lián)動而上下擺動。轉(zhuǎn)子電機(jī)與控制電機(jī)在本實(shí)施方式中分別設(shè)置為兩個，但是其數(shù)量不限于此，也可以根據(jù)實(shí)際的需要而設(shè)置為一個或者多個。

車輛平衡裝置3的上述各部件與未圖示的車載電源連接而獲得電力，從而執(zhí)行各自的動作。當(dāng)然，車輛平衡裝置也可以與外置的電源連接而獲得電力。

圖2是車輛處于平衡狀態(tài)時的主視圖。此時，轉(zhuǎn)子電機(jī)與高度方向垂直且沿長度方向?yàn)樗綘顟B(tài)。

圖3是車輛處于平衡狀態(tài)時的左視圖。車輛平衡裝置3的各部件仍然保持工作狀態(tài)，使得在平衡狀態(tài)被打破即車輛處于非平衡狀態(tài)時能夠立即進(jìn)行調(diào)整。

圖4是車輛處于傾斜狀態(tài)時車輛平衡裝置動作的主視圖。圖5是車輛處于傾斜狀態(tài)時車輛平衡裝置動作的左視圖。如圖4、圖5所示，在車輛向左傾斜時，轉(zhuǎn)子電機(jī)8向下運(yùn)動，從而利用陀螺力矩使得車輛恢復(fù)平衡。

下面，對于車輛平衡裝置3的動作進(jìn)行說明。

簡要地說，在車輛啟動供電后，車輛平衡裝置開始工作，在車輛受到撞擊或車身角度發(fā)生變化時，車輛平衡裝置會自動向相反方向?qū)嵤┢胶饬兀谝欢ǔ潭壬戏乐管囕v側(cè)向翻倒。

具體來說，在車輛平衡狀態(tài)時，車輛平衡裝置3的各部件與車載電源接通，平衡裝置開始工作，短時間內(nèi)達(dá)到可使車輛不會側(cè)向傾倒的平衡力矩而自動保持屹立不倒。平衡裝置保持工作狀態(tài)，使得在平衡狀態(tài)被打破即車輛處于非平衡狀態(tài)時能夠立即進(jìn)行調(diào)整。在平衡裝置開始工作和保持工作期間，轉(zhuǎn)子電機(jī)8始終保持高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

當(dāng)車輛傾斜時，以圖4、5為例，車輛向左傾斜，傳感器5檢測到車輛的傾斜角度后，將信號傳送給控制器6，控制器6接收到信號后，根 據(jù)傾斜角度來指令控制電機(jī)7進(jìn)行動作，控制電機(jī)7動作后，其轉(zhuǎn)動通過減速器或者連接件而傳遞給轉(zhuǎn)子電機(jī)8，轉(zhuǎn)子電機(jī)向下運(yùn)動，根據(jù)陀螺力矩的原理而產(chǎn)生使得車輛向右運(yùn)動的力，該力帶動車架向右運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平衡。

繞對稱軸高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸在空間中改變方位時所表現(xiàn)出的抗阻力矩，通常稱為陀螺力矩。本發(fā)明利用了陀螺旋轉(zhuǎn)的定軸性原理，縱列布置兩臺轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量來平衡車輛，可使自行車、電動車、摩托車等車輛在靜止時不借助任何外力作用下自動保持平衡而不傾倒。而當(dāng)傳感器檢測到當(dāng)前狀態(tài)需要修正時便提供檢測到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給控制器，由控制器判斷是否需要控制電機(jī)動作，如需控制電機(jī)動作則控制電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子電機(jī)向上或者向下擺動，通過控制轉(zhuǎn)子電機(jī)傾斜來提供相反方向的平衡力矩，甚至在遭遇一定撞擊的情況下仍然可以保持平衡做到屹立不倒。

當(dāng)車輛向右傾斜時，轉(zhuǎn)子電機(jī)向上方擺動而產(chǎn)生使得車輛向左運(yùn)動的力，該力帶動車架向左運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平衡。

本發(fā)明的車輛平衡裝置同樣可以應(yīng)用于汽車。在用于汽車的情況下，將本發(fā)明的車輛平衡裝置縱向固定安裝在汽車底盤中心位置，在車輛啟動供電后，車輛平衡裝置開始工作，數(shù)秒后達(dá)到最大平衡力矩，在轉(zhuǎn)彎時車輛平衡裝置會自動檢測車輛側(cè)傾角度，并施加相應(yīng)平衡力矩使車輛4輪抓地力平衡從而平穩(wěn)過彎。而在汽車側(cè)向受到撞擊時，車輛平衡裝置會自動向相反方向?qū)嵤┳畲笃胶饬?，在一定程度上防止汽車?cè)向翻倒。

(其他實(shí)施方式)

本發(fā)明的車輛平衡裝置同樣可以應(yīng)用于三輪車輛，因?yàn)榈谷啞⑶叭喍际峭ㄟ^模擬摩托車側(cè)傾方式來過彎的，本發(fā)明同樣可以解決三輪車中的平衡問題。用于摩托車的單個轉(zhuǎn)子電機(jī)的質(zhì)量為10公斤左右，但是也可以根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行質(zhì)量的調(diào)整。

轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的摩托車參數(shù)而進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)整。

雖然在本發(fā)明中用轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生陀螺力矩，但是不限于此，也可采用其他通過高速旋轉(zhuǎn)能夠產(chǎn)生陀螺力矩的設(shè)備。

控制電機(jī)與轉(zhuǎn)子電機(jī)的連接方式并不限于本發(fā)明實(shí)施方式所描述的 減速器或者直接連接等，只要能夠?qū)崿F(xiàn)控制電機(jī)與轉(zhuǎn)子電機(jī)聯(lián)動，則能夠采用各種不同的連接方式。