一种两轮电动平衡车的驱动控制系统的制作方法

本实用新型涉及电动平衡车的驱动控制系统技术领域，尤其是一种两轮电动平衡车的驱动控制系统。

背景技术：

随着工业4.0的提出和中国制造2025战略的展开，在国内已经诞生出众多智能化的工具，给人们的生活带来了极大的便利。其中，两轮电动平衡车以其轻便、舒适、智能等特点被广泛应用，其时尚的外观也吸引了一大批民众。随着工业4.0和中国智能制造2025的继续推进，相信在未来两轮电动平衡车将会在两轮车市场占据重要的地位。

目前，市场上的两轮电动平衡车研究刚刚起步，驱动控制系统研究不成熟，在平衡车运行过程中会发生抖动现象，导致在骑行过程中有颠簸感，由于控制系统不稳定，容易断电，给骑行者带来危险，并且现有平衡车的控制成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够减小或消除电动平衡车在运行过程中出现的抖动，提高骑行的舒适性，保证骑行的安全性的两轮电动平衡车的驱动控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种两轮电动平衡车的驱动控制系统，包括中央处理单元，其输入端分别与电位信号处理电路、用于检测电动平衡车姿态信号的姿态检测模块、用于检测直流无刷轮毂电机电流信号的电流检测模块和霍尔信号处理电路的输出端相连，电位信号处理电路的输入端与电位传感器的输出端相连，姿态检测模块的输入端与电动平衡车的输出端相连，电流检测模块的输入端与直流无刷轮毂电机的输出端相连，霍尔信号处理电路的输入端与用于检测直流无刷轮毂电机转子位置的霍尔传感器的输出端相连，霍尔传感器的输入端与直流无刷轮毂电机的输出端相连；所述中央处理单元的输出端分别与报警模块和MOS管驱动电路的输入端相连，MOS管驱动电路的输出端与电机驱动电路的输入端相连，电机驱动电路的输出端与直流无刷轮毂电机的输入端相连，直流无刷轮毂电机的输出端与电动平衡车的输入端相连；所述中央处理单元选用STM32F103VET6 LQFP100芯片。

所述电位信号处理电路包括放大器U20B，其反相输入端依次通过电阻R61、电阻R63接电位传感器的信号输出端，其正相输入端接地，其输出端与所述中央处理单元的3号引脚相连。

所述姿态检测模块包括姿态检测传感器，所述姿态检测传感器采用LSM330DLC芯片，其17、22、23、24、27、28引脚分别与所述中央处理单元的36、34、33、52、53、54脚一一对应相连。

所述电流检测模块包括用于检测直流无刷轮毂电机三相电流中的任意两相电流的第一电流检测电路和第二电流检测电路，二者电路相同，所述第一电流检测电路包括电流传感器，所述电流传感器采用ACS709_QSOP24芯片，其16、18脚分别与所述中央处理单元的18、17脚一一对应相连。

所述霍尔传感器设置在直流无刷轮毂电机内部，霍尔传感器的电源线、地线和信号线通过接插件J9与所述霍尔信号处理电路相连，所述霍尔信号处理电路采用74LCX541芯片，其7脚通过电阻R19与接插件J9的5脚相连，其8脚通过电阻R22与接插件J9的4脚相连，其9脚通过电阻R21与接插件J9的3脚相连，其2、3、4、5、11、12、13脚分别与所述中央处理单元的59、58、57、56、65、64、63脚一一对应相连。

所述MOS管驱动电路采用HIP4086芯片，其2、3、4、5、10、11、12脚分别与所述中央处理单元的42、41、40、39、38、44、43脚一一对应相连；所述电机驱动电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，所述MOS管Q1的栅极依次通过电阻R7、电感L7接HIP4086芯片的17脚，所述MOS管Q2的栅极依次通过电阻R9、电感L9接HIP4086芯片的21脚，所述MOS管Q3的栅极依次通过电阻R11、电感L11接HIP4086芯片的24脚，所述MOS管Q4的栅极依次通过电阻R10、电感L10接HIP4086芯片的22脚，所述MOS管Q5的栅极依次通过电阻R6、电感L6接HIP4086芯片的14脚，所述MOS管Q6的栅极依次通过电阻R8、电感L8接HIP4086芯片的19脚，所述MOS管Q1的漏极和MOS管Q2的源极之间引出线接接插件J30，所述MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的源极之间引出线接接插件J20，MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的源极之间引出线接接插件J10，所述电机驱动电路分别通过接插件J10、接插件J20和接插件J30与直流无刷轮毂电机的三相线相连。

由上述技术方案可知，本实用新型的优点在于：第一，本实用新型通过中央处理单元控制MOS管驱动电路，进而通过控制电机驱动电路来控制直流无刷轮毂电机，可以减小或消除电动平衡车在运行过程中出现的抖动，提高骑行的舒适性；第二，本实用新型采用电流闭环控制方式，控制成本低，而且控制稳定可靠，在大电流下不易断电，此外，本实用新型通过姿态检测模块实时检测电动平衡车的姿态，防止平衡车在行驶过程中偏离原有平衡位置，保证骑行的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图；

图2、3、4、5、6、7、8分别为图1中的中央处理单元、电位信号处理电路、姿态检测模块、第一电流检测电路、霍尔信号处理电路、MOS管驱动电路、电机驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种两轮电动平衡车的驱动控制系统，包括中央处理单元1，其输入端分别与电位信号处理电路2、用于检测电动平衡车姿态信号的姿态检测模块3、用于检测直流无刷轮毂电机电流信号的电流检测模块和霍尔信号处理电路5的输出端相连，电位信号处理电路2的输入端与电位传感器的输出端相连，姿态检测模块3的输入端与电动平衡车的输出端相连，电流检测模块的输入端与直流无刷轮毂电机的输出端相连，霍尔信号处理电路5的输入端与用于检测直流无刷轮毂电机转子位置的霍尔传感器的输出端相连，霍尔传感器的输入端与直流无刷轮毂电机的输出端相连；所述中央处理单元1的输出端分别与报警模块和MOS管驱动电路6的输入端相连，MOS管驱动电路6的输出端与电机驱动电路7的输入端相连，电机驱动电路7的输出端与直流无刷轮毂电机的输入端相连，直流无刷轮毂电机的输出端与电动平衡车的输入端相连；所述中央处理单元1选用STM32F103VET6 LQFP100芯片，如图2所示。整个驱动控制系统构成一个闭环回路。

如图3所示，所述电位信号处理电路2包括放大器U20B，其反相输入端依次通过电阻R61、电阻R63接电位传感器的信号输出端，其正相输入端接地，其输出端与所述中央处理单元1的3号引脚相连。如图4所示，所述姿态检测模块3包括姿态检测传感器，所述姿态检测传感器采用LSM330DLC芯片，其17、22、23、24、27、28引脚分别与所述中央处理单元1的36、34、33、52、53、54脚一一对应相连。姿态检测模块3用于采集电动平衡车的姿态信号，检测电动平衡车在运行过程中是否偏离平衡位置。

如图5所示，所述电流检测模块包括用于检测直流无刷轮毂电机三相电流中的任意两相电流的第一电流检测电路4和第二电流检测电路，二者电路相同，所述第一电流检测电路4包括电流传感器，所述电流传感器采用ACS709_QSOP24芯片，其16、18脚分别与所述中央处理单元1的18、17脚一一对应相连。所述霍尔传感器设置在直流无刷轮毂电机内部，霍尔传感器的电源线、地线和信号线通过接插件J9与所述霍尔信号处理电路5相连，如图6所示，所述霍尔信号处理电路5采用74LCX541芯片，其7脚通过电阻R19与接插件J9的5脚相连，其8脚通过电阻R22与接插件J9的4脚相连，其9脚通过电阻R21与接插件J9的3脚相连，其2、3、4、5、11、12、13脚分别与所述中央处理单元1的59、58、57、56、65、64、63脚一一对应相连。

如图7所示，所述MOS管驱动电路6采用HIP4086芯片，其2、3、4、5、10、11、12脚分别与所述中央处理单元1的42、41、40、39、38、44、43脚一一对应相连；如图8所示，所述电机驱动电路7包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，所述MOS管Q1的栅极依次通过电阻R7、电感L7接HIP4086芯片的17脚，所述MOS管Q2的栅极依次通过电阻R9、电感L9接HIP4086芯片的21脚，所述MOS管Q3的栅极依次通过电阻R11、电感L11接HIP4086芯片的24脚，所述MOS管Q4的栅极依次通过电阻R10、电感L10接HIP4086芯片的22脚，所述MOS管Q5的栅极依次通过电阻R6、电感L6接HIP4086芯片的14脚，所述MOS管Q6的栅极依次通过电阻R8、电感L8接HIP4086芯片的19脚，所述MOS管Q1的漏极和MOS管Q2的源极之间引出线接接插件J30，所述MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的源极之间引出线接接插件J20，MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的源极之间引出线接接插件J10，所述电机驱动电路7分别通过接插件J10、接插件J20和接插件J30与直流无刷轮毂电机的三相线相连。

在工作时，两轮电动平衡车的前后方各设置一个直流无刷轮毂电机作为驱动轮，通过人为转动电位传感器，电位传感器将信号通过电位信号处理电路2传送给中央处理单元1，中央处理单元1针对接收的信号发出相应的控制指令，通过MOS管驱动电路6和电机驱动电路7控制直流无刷轮毂电机，进而控制两轮电动平衡车；霍尔传感器和霍尔信号处理电路5组成一霍尔检测模块，通过霍尔检测模块和电流检测模块分别采集直流无刷轮毂电机的转子位置和电机相电流信号，并将信号传送给中央处理单元1，形成闭环控制系统，进而更精确、稳定的控制直流无刷轮毂电机；通过姿态检测模块3采集电动平衡车的姿态信号，用于检测电动平衡车在运行过程中是否偏离平衡位置，并将信号传送给中央处理单元1，若姿态检测模块3检测到电动平衡车在运行过程中偏离平衡位置，则中央处理单元1发出控制指令，控制报警模块报警。

综上所述，本实用新型通过中央处理单元1控制MOS管驱动电路6，进而通过控制电机驱动电路7来控制直流无刷轮毂电机，可以减小或消除电动平衡车在运行过程中出现的抖动，提高骑行的舒适性；本实用新型采用电流闭环控制方式，控制成本低，而且控制稳定可靠，在大电流下不易断电，此外，本实用新型通过姿态检测模块3实时检测电动平衡车的姿态，防止平衡车在行驶过程中偏离原有平衡位置，保证骑行的安全性。