自平衡车辆及其安全控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自平衡车辆，特别是涉及一种具有安全装置的自平衡车辆，以及该自平衡车辆的安全控制方法。
【背景技术】
[0002]自平衡车辆作为一种独特的代步工具已得到越来越广泛的应用。图1示出了一种现有的自平衡车辆，其总体上用附图标记10表示。车辆10包括车体11、彼此同轴地安装到车体11的两侧的两个车轮12和13、以及可活动地连接到车体11的前部中间的操纵杆14，操纵杆14的顶端通常设置有适于使用者双手抓握的把手15。车轮12和13接触地面，并可在通常设置在车体11内部的驱动控制单元(未示出)的驱动下彼此独立地转动。驱动控制单元还包括多个用于感知车体11相对于水平面倾斜角度的传感器。
[0003]车体11的上表面提供有适于承载车辆使用者的支承部16。在使用时，使用者站立在支承部16上，同时双手握住操纵杆14的把手15。驱动控制单元通过检测车体11相对于水平面的倾斜角度来控制车辆的行进速度，通常俯仰角度越大行进速度越大。驱动控制单元还根据来自操纵杆14和/或把手15的信号控制车辆10的行进方向，如直行、转弯、倒退坐寸ο
[0004]然而，这种现有的自平衡车辆由于是两点支撑(即仅通过两个车轮来支撑车体)，因此只能实现动态平衡，而在静态下是不稳的。在车辆刚启动的瞬间，或者对于不熟练的(特别是初次上车的)使用者来说，可能会突然失去平衡甚至因此跌倒。另外，在车辆10失去平衡或者出现紧急情况需要使用者迅速离开车辆10时，位于车体11中间的操纵杆14可能会阻挡使用者的逃生路线。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的在于提供一种自平衡车辆，以提高其安全性能。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种自平衡车辆的安全控制方法。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种自平衡车辆，包括:车体、分别安装于所述车体的两侧的两个可独立转动的车轮、设置在所述车体上的操纵杆组件、以及驱动控制单元，其中所述驱动控制单元控制所述两个车轮的转动从而控制所述车辆的行进速度和方向。所述自平衡车辆还包括安全装置，所述安全装置包括:至少一个摆臂，所述摆臂的第一端连接到所述车体，而第二端设置有可转动的滚轮，其中所述摆臂在一收起位置和至少一个行进位置之间可活动，在所述收起位置，所述摆臂对所述车体相对于水平面的俯仰角度没有限制，而在所述行进位置，所述滚轮远离所述车轮并且在所述车体水平时距地面预定距离，从而将所述车体相对于水平面的俯仰角度限制在预定范围内。
[0008]所述摆臂还具有一支撑位置，在所述支撑位置，所述摆臂的滚轮接触地面并将所述车体限定在水平位置。
[0009]所述摆臂的长度设置为使得所述摆臂相对于所述车体能够在O?180度的范围内在所述车体的下方摆动，并且当所述摆臂相对于所述车体成90度角时，所述摆臂处于所述支撑位置。
[0010]所述安全装置包括用于驱动所述至少一个摆臂的至少一个驱动装置，所述驱动装置与所述驱动控制单元电气连接。所述操纵杆组件包括安装于所述车体的操纵杆以及与所述操纵杆相关联的控制元件，所述控制元件与所述驱动控制单元电气连接，所述驱动控制单元根据来自所述控制元件的信号控制所述至少一个驱动装置的动作。
[0011]所述安全装置包括分别连接到靠近所述车体的前端和后端的两个所述摆臂、以及用于分别驱动所述两个摆臂的两个所述驱动装置。
[0012]所述车体包括底盘和覆盖在所述底盘上的罩板，所述罩板提供了适于支承所述自平衡车辆的使用者的支承表面，在所述底盘和所述罩板之间限定有容纳空间，所述驱动装置设置在所述容纳空间中。
[0013]所述驱动装置为固定到所述车体的电机，所述摆臂的第一端与所述电机的输出轴同步转动地连接到所述输出轴。
[0014]所述电机为蜗轮蜗杆减速电机。
[0015]所述安全装置还包括适于将所述至少一个摆臂锁定到当前位置的至少一个锁定机构。
[0016]所述锁定机构包括:齿轮，固定到对应的摆臂的所述第一端，并设置为与所述电机的输出轴同轴转动；以及电子锁，固定到所述车体并与所述驱动控制单元电气连接，所述电子锁具有可伸缩的锁舌，所述锁舌适于在伸出时与所述齿轮啮合从而锁定所述摆臂。
[0017]所述控制元件为设置在所述操纵杆上的电位器开关装置和/或按钮开关装置。
[0018]所述操纵杆组件设置在靠近所述车体的侧面的位置。
[0019]所述车体的底部具有一缺口，所述缺口适于在所述摆臂处于所述收起位置时至少部分地容纳所述摆臂。
[0020]每个所述摆臂上固定有一盖板，所述盖板适于在该摆臂处于所述收起位置时至少部分地封闭所述缺口。
[0021]为实现上述目的，本发明还提供了一种自平衡车辆的安全控制方法。所述自平衡车辆的包括:车体、分别安装于所述车体的两侧的两个可独立转动的车轮、设置在所述车体上的操纵杆组件、以及驱动控制单元，其中所述驱动控制单元控制所述两个车轮的转动从而控制所述车辆的行进速度和方向。所述方法包括:在所述自平衡车体上设置至少一个摆臂，所述至少一个摆臂的第一端连接到所述车体，而第二端安装有可转动的滚轮；利用所述操纵杆组件发送安全控制信号给所述驱动控制单元；以及所述驱动控制单元根据所述安全控制信号驱动所述至少一个摆臂在一收起位置和至少一个行进位置之间运动，在所述收起位置，所述摆臂对所述车体相对于水平面的俯仰角度没有限制；而在所述行进位置，所述滚轮远离所述车轮并且在所述车体水平时距地面预定距离，从而将所述车体相对于水平面的俯仰角度限制在预定范围内。
[0022]所述方法还包括驱动所述摆臂到达一支撑位置，在所述支撑位置，所述摆臂的滚轮接触地面并将所述车体限定在水平位置。
[0023]所述方法还包括:在靠近所述车体的前端和后端的位置分别设置一个所述摆臂，以及驱动分别位于所述车体的前端和后端的摆臂彼此同步且对称地摆动。
[0024]所述方法还包括将所述摆臂锁定到当前位置。
[0025]所述方法还包括将所述操纵杆组件设置在所述车体的侧面。
[0026]根据本发明，安全装置的摆臂将自平衡车辆的车体相对于水平面的俯仰角度限制在预定范围内，从而可以控制车辆的最大行进速度，使得使用者能够更安全地使用车辆。当滚轮着地时，着地的滚轮与两个车轮共同构成了三点支撑结构，从而能够稳定地支撑车体。此外，一旦车辆失去平衡或者出现紧急情况需要使用者迅速离开车辆时，位于车体的侧面的操纵杆组件不会挡住使用者的逃生路线。
【附图说明】
[0027]下面结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，其中:
[0028]图1为一种现有的自平衡车辆的立体结构示意图；
[0029]图2为根据本发明一实施例的自平衡车辆的立体结构示意图；
[0030]图3为图2中的自平衡车辆的局部示意图；
[0031]图4为图3中安全装置的立体结构示意图；
[0032]图5为根据本发明的自平衡车辆的侧视图，其中摆臂处于收回位置；
[0033]图6和图7为根据本发明的自平衡车辆的侧视图，其中摆臂分别处于第一行进位置和第二行进位置；
[0034]图8为根据本发明的自平衡车辆的侧视图，其中摆臂处于支撑位置；
[0035]图9为自平衡车辆底部的示意图，示出了车体底部的缺口 ；
[0036]图10为与图9类似的视图，其中摆臂处于收起位置；
[0037]图11为根据本发明的锁定装置的机构示意图；
[0038]图12为根据本发明另一实施例的安全装置的立体示意图；
[0039]图13为根据本发明一实施例的安全控制方法的流程图；
[0040]图14为根据本发明一实施例的操纵杆上的电位器开关的示意图；
[0041]图15为根据本发明一实施例的操纵杆上的按钮装置的示意图；
[0042]图16为根据本发明一实施例的操纵杆的角度检测装置的示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其它实施方式中。
[0044]如图2-3所示，根据本发明一实施例的自平衡车辆100包括:车体101、分别安装于车体101的两侧的两个可独立转动的车轮121和122、设置在车体101上的操纵杆组件130、以及驱动控制单元140。优选地，车轮121和122转动轴线重合。驱动控制单元140可以根据车体101相对于水平面的俯仰角度和/或根据来自操