一种电动独轮车及其控制系统的制作方法

本实用新型属于独轮车控制技术领域，特别涉及一种电动独轮车及其控制系统。

背景技术：

电动独轮车是一种电力驱动、具有自我平衡能力的交通工具。随着社会经济的飞速发展，交通拥堵成了必要现象，电动独轮车代替自行车和电动车作为交通工具成为了主要趋势。电动独轮车采用独轮设计，其驱动独轮电机工作的控制系统，便更需要稳定。然而，现有技术中，电动独轮车的驱动控制系统不够稳定，以及仅通过电池供电导致其供电效率低。

因此，现有的电动独轮车驱动技术存在着稳定性差，以及仅通过电池供电导致其供电效率低的问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种电动独轮车及其控制系统，旨在解决现有的电动独轮车驱动技术存在着稳定性差，以及仅通过电池供电导致其供电效率低的问题。

本实用新型提供了一种电动独轮车的控制系统，所述电动独轮车的车轮由电机驱动，所述控制系统内置供电电源，所述控制系统包括：辅助电源模块、主控模块、驱动模块以及感测模块；

所述辅助电源模块的输入端接所述供电电源的第一输出端，所述驱动模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别与所述供电电源的第二输出端、所述辅助电源模块的第一输出端以及所述主控模块的控制端一一对应相连接，所述驱动模块的输出端接所述电机的输入端，所述主控模块的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别与所述辅助电源模块的第二输出端、所述感测模块的输出端以及所述电机的反馈端一一对应相连接；

所述供电电源通过所述辅助电源模块对所述主控模块进行供电，所述主控模块根据所述感测模块获取到所述电动独轮车的角度信号以及结合所述电机提供的反馈信号，控制所述驱动模块驱动所述电机运行。

本实用新型还提供了一种电动独轮车，其包括上述所述的控制系统。

本实用新型提供了一种电动独轮车及其控制系统，电动独轮车的车轮由电机驱动，控制系统内置供电电源，该控制系统包括辅助电源模块、主控模块、驱动模块以及感测模块，所述供电电源通过所述辅助电源模块对所述主控模块进行供电，所述主控模块根据所述感测模块获取到所述电动独轮车的角度信号以及结合所述电机提供的反馈信号，控制所述驱动模块驱动所述电机运行。由此通过辅助电源模块输出主控模块、驱动模块以及感测模块所需的电源电压，提高了整体的供电效率；以及主控模块根据电动独轮车的角度信号和电机提供的反馈信号控制驱动模块，使得电机最终按照驱动模块的控制方式运行，该控制方式稳定性高，解决了现有的电动独轮车驱动技术存在着稳定性差，以及仅通过电池供电导致其供电效率低的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电动独轮车的控制系统的结构示意图。

图2为图1所述控制系统中辅助电源模块的第一级辅助单元的示例电路结构图。

图3为图1所述控制系统中辅助电源模块的第二级辅助单元的示例电路结构图。

图4为图1所述控制系统中辅助电源模块的第三级辅助单元的示例电路结构图。

图5为本实用新型实施例提供的电动独轮车的控制系统的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型实施例中，该控制系统主要应用于电动独轮车，即电动独轮车包括该控制系统，该控制系统所起到的作用是：通过辅助电源模块输出主控模块、驱动模块以及感测模块所需的电源电压，提高了整体的供电效率；以及主控模块根据电动独轮车的角度信号和电机提供的反馈信号控制驱动模块，使得电机最终按照驱动模块的控制方式运行，该控制方式稳定性高。

图1示出了本实用新型实施例提供的电动独轮车的控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

一种电动独轮车的控制系统，所述电动独轮车的车轮由电机103驱动，所述控制系统内置供电电源101，所述控制系统包括：辅助电源模块104、主控模块105、驱动模块102以及感测模块106；

所述辅助电源模块104的输入端接所述供电电源101的第一输出端，所述驱动模块102的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别与所述供电电源101的第二输出端、所述辅助电源模块104的第一输出端以及所述主控模块105的控制端一一对应相连接，所述驱动模块102的输出端接所述电机103的输入端，所述主控模块105的第一输入端、第二输入端以及第三输入端分别与所述辅助电源模块104的第二输出端、所述感测模块106的输出端以及所述电机103的反馈端一一对应相连接；

所述供电电源101通过所述辅助电源104模块对所述主控模块105进行供电，所述主控模块105根据所述感测模块106获取到所述电动独轮车的角度信号以及结合所述电机103提供的反馈信号，控制所述驱动模块102驱动所述电机103运行。

其中，供电电源101采用比能量大、比功率高、自放电小、无记忆效应、循环特性好、可快速放电，且效率高的锂电池。并且，电机103是通过将自身的霍尔信号传输给主控模块105，然后主控模块105判断当前电机103的运动状态，以及根据所采集的霍尔信号再控制驱动模块102的三相输出对电机103进行供电，让电机103持续正常的工作。

图2示出了本实用新型实施例提供的控制系统中辅助电源模块的第一级辅助单元的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，所述辅助电源模块104包括第一级辅助单元、第二级辅助单元以及第三级辅助单元，所述第一级辅助单元的输出端接所述第二级辅助单元的输入端，所述第二级辅助单元的输出端接所述第三级辅助单元的输入端，所述第一级辅助单元将所述供电电源101输出的电压转换为第一电压值，所述第二级辅助单元将所述第一电压值转换为第二电压值，所述第三级辅助单元将所述第二电压值转换为第三电压值，可根据需要采用第一电压值或者第二电压值或者第三电压值对主控模块105、驱动模块102以及感测模块106供电，提高其供电效率，其中，所述第一电压值为+15V，所述第二电压值为+5.5V，所述第三电压值为+3.3V。

作为本实用新型一实施例，所述第一级辅助单元包括：

二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、稳压二极管Z1、电阻R1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C49、电容C56、三极管Q1、三极管Q29以及变压器T1；

所述二极管D1的阳极为所述辅助电源模块104的输入端，所述二极管D1的阴极接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端通过所述电容C1接地，所述电阻R5的第一端和所述电阻R6的第一端接所述变压器T1的第一初级线圈的输入端，所述电阻R5的第二端接所述三极管Q29的基极，所述电阻R6的第二端接所述二极管D2的阴极，所述电容C2与所述电阻R6并联连接，所述二极管D2的阳极与所述三极管Q29的集电极以及所述变压器T1的第一初级线圈的输出端相连接，所述三极管Q29的发射极与所述二极管D3的阳极、所述电阻R8的第一端以及所述电阻R10的第一端相连接，所述二极管D3的阴极接所述电阻R7的第一端，所述电阻R7的第二端与所述稳压二极管Z1的阴极、所述三极管Q1的集电极以及所述电阻R9的第一端相连接，所述电阻R9的第二端接所述电容C3的第一端，所述电容C3的第二端接所述变压器T1的第二初级线圈的输入端，所述稳压二极管Z1的阳极接地，所述三极管Q1的基极与所述电阻R8的第二端以及所述电容C4的第一端相连接，所述电容C4的第二端与所述电阻R10的第二端、所述三极管Q1的发射极、所述电容C56的第一端以及所述电容C49的第一端相连接，所述电容C56的第二端以及所述电容C49的第二端接地，所述变压器T1的次级线圈的输入端接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阴极与所述电阻R10的第一端以及所述变压器T1的第二初级线圈的输出端相连接，所述变压器T1的次级线圈的输出端接地。

其中，所述第一级辅助单元为RCC电路，通常是指自振式反激变换器。它是由较少的几个器件即可组成的高效电路，该电路可以将供电电源的电压降压到控制系统所需的+15V工作电压。

图3示出了本实用新型实施例提供的控制系统中辅助电源模块的第二级辅助单元的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，所述第二级辅助单元包括：

电阻R94、电阻R46、电阻R123、第一转换芯片U1、电容C83、电容C5、电容C30以及二极管D11；

所述电阻R94的第一端与所述电阻R46的第一端、所述电阻R123的第一端以及所述第一转换芯片U1的输入端IN相连接，所述电阻R94的第二端与所述电阻R46的第二端相连接，所述电阻R123的第二端与所述第一转换芯片U1的输出端OUT、所述电容C83的第一端、所述电容C5的第一端以及所述二极管D11的阳极相连接，所述第一转换芯片U1的接地端GND与所述电容C83的第二端接地，所述二极管D11的阴极接所述电容C30的第一端，所述电容C30的第二端与所述电容C5的第二端接地。在本实施例中，第一转换芯片U1采用了型号LM2575-5.0的转换芯片，当然，转换芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例第一转换芯片U1所述的功能作用亦可。

其中，所述第二级辅助单元通过一个转换芯片将第一级辅助单元输出的+15V电压转换为+5V，并且结合上述的电路结构，使得输出电压保持在+5V。

图4示出了本实用新型实施例提供的控制系统中辅助电源模块的第三级辅助单元的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，所述第三级辅助单元包括：

电容C6、电容C11、电容C12、电容C66、电容C67、第二转换芯片U6以及电阻R114；

所述第二转换芯片U6的输入端IN与所述电阻R114的第一端以及所述电容C12的第一端相连接，所述电阻R114的第二端接参考电压15V，所述电容C12的第二端接所述电容C6的第二端，所述第二转换芯片U6的输出端OUT与所述电容C6的第一端、所述电容C11的第一端、所述电容C66的第一端以及所述电容C67的第一端相连接，所述第二转换芯片U6的接地端GND与所述电容C6的第二端、所述电容C11的第二端、所述电容C66的第二端以及所述电容C67的第二端接地。在本实施例中，第二转换芯片U6采用了型号LM1117的转换芯片，当然，转换芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例第二转换芯片U6所述的功能作用亦可。

其中，所述第三级辅助单元通过一个转换芯片将第二级辅助单元输出的+5V电压转换为+3.3V，并且结合上述的电路结构，使得输出电压保持在+3.3V。当然，上述的第一级辅助单元、第二级辅助单元以及第三级辅助单元输出的电压值可以根据需要进行调节与输出，从而提供了整体的供电效率。

图5示出了本实用新型实施例提供的电动独轮车的控制系统的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，所述驱动模块102包括驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的第一电压端VDD1、第二电压端VDD2、接收端REC以及驱动端DRI分别为所述驱动模块102的第一输入端、第二输入端、第三输入端以及输出端。在本实施例中，驱动芯片U2采用了型号TA6932的驱动芯片，当然，驱动芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例驱动芯片U2所述的功能作用亦可。

其中，驱动模块102不仅限于通过驱动芯片U2实现，也可以是通过三级/三相驱动电路结构实现，一一对应于第一级辅助单元、第二级辅助单元以及第三级辅助单元进行驱动。在三级/三相驱动电路中，可由多个功率晶体管分为上臂/下臂的形式连接电机103作为控制流经电机103线圈的开关，并且由主控模块105提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及驱动换相的时机。

作为本实用新型一实施例，所述主控模块105包括微处理器U3，所述微处理器U3的第一串口端I/O1、第二串口端I/O2、反馈端TICK以及控制端CTRL分别为所述主控模块105的第一输入端、第二输入端、第三输入端以及控制端。在本实施例中，微处理器U3采用了型号TMS320F28023的处理芯片，当然，处理芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例微处理器U3所述的功能作用亦可。

其中，主控模块105能提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及驱动换相的时机，使电机103在负载变动时速度可以在稳定的设定值而不会变动太大的速度。同时，主控模块105会检测电机103内部的霍尔传感器位置，做为速度回路控制，同时也做为相序控制的依据从而控制电动独轮车的速度。另外通过读取感测模块106的角度信号来确定车体重心偏移方向从而控制电机103调节车身的运动方向。

作为本实用新型一实施例，所述感测模块106包括感测芯片U4，所述感测芯片U4的感测端SEN为所述感测模块106的输出端。在本实施例中，感测芯片U4采用了型号MPU6500的感测芯片，当然，感测芯片的型号不作限定，只要能达到与本实施例感测芯片U4所述的功能作用亦可。

其中，感测模块106可以用来获取传感与维持方向，该感测模块106可以由陀螺仪实现，因为陀螺仪是基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成。陀螺仪一旦开始旋转，由于轮子的角动量的作用，陀螺仪就有抗拒方向改变的趋向。感测模块106可同时测定6个方向的位置、移动轨迹和移动速度，以及能够精确地确定运动物体的方位。感测模块106将感测到的角度信号同步发送到主控模块105。

作为本实用新型一实施例，供电电源101可以是具备固定电压输出的直流电源VCC。

以下结合图1—图5对一种电动独轮车及其控制系统实现电动独轮车工作的工作原理进行说明：

首先，启动供电电源，供电电源101一方面对辅助电源模块104进行供电，另一方面对驱动模块102进行供电；则辅助电源模块104开始工作，并输出主控模块105、感测模块106以及驱动模块102所需的电源电压；接着，主控模块105开始初始化检测供电电源101和电机103的状态，同时根据感测模块106获取到的角度信号以及结合电机103的反馈信号等数值调节驱动模块102，使得电机103最终按照驱动模块102的控制方式运行。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种电动独轮车及其控制系统，电动独轮车的车轮由电机驱动，控制系统内置供电电源，该控制系统包括辅助电源模块、主控模块、驱动模块以及感测模块，所述供电电源通过所述辅助电源模块对所述主控模块进行供电，所述主控模块根据所述感测模块获取到所述电动独轮车的角度信号以及结合所述电机提供的反馈信号，控制所述驱动模块驱动所述电机运行。由此通过辅助电源模块输出主控模块、驱动模块以及感测模块所需的电源电压，提高了整体的供电效率；以及主控模块根据电动独轮车的角度信号和电机提供的反馈信号控制驱动模块，使得电机最终按照驱动模块的控制方式运行，该控制方式稳定性高，解决了现有的电动独轮车驱动技术存在着稳定性差，以及仅通过电池供电导致其供电效率低的问题。本实用新型实施例实现简单，不需要增加额外的硬件，可有效降低成本，具有较强的易用性和实用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。