专利名称：一种电动单轮脚踏车的制作方法
专利说明 本实用新型涉及单轮脚踏车，特别涉及一种休闲娱乐用电动单轮脚踏车。现有的单轮脚踏车主要靠人力驱动，其结构包括车架、车座、脚蹬及车轮，脚蹬直接与车轮的轮轴相连，车辆的前进和后退都是骑车者通过脚蹬带动车轮的正反转实现的。因为骑车者的重心始终高于轮轴，车辆的平衡需要骑车者通过前移或后移自己的重心配合来实现，这就需要专门的训练。骑车者通过不断用脚蹬驱动车轮前后转动，达到动态平衡。车辆的转弯是通过重心的左右偏移，引起两侧轮缘半径变化，造成车轮左右两边滚动距离差，实现转向。骑车者一般只有通过专门的训练，掌握了娴熟的技术和高超的平衡感才能使用，比如说马戏团的表演人员，因此单轮脚踏车进入普通的家庭仍存在很大的障碍。本实用新型的目的在于提供一种采用电机驱动，可在运行过程中自动保持平衡的电动单轮脚踏车。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种电动单轮脚踏车，包括车架、车轮、脚蹬和电驱动系统，所述车轮通过转轴与车架相连接，脚蹬安装在车架两侧；还包括自稳定系统；所述自稳定系统包括角度传感器和倾斜控制器；所述角度传感器设置在车架侧面，与倾斜控制器电连接；倾斜控制器与电驱动系统电连接。
进一步的，所述电驱动系统包括电源、驱动控制器、电动机、从动轮和同步带；所述驱动控制器与电动机和电源电连接；电动机和从动轮通过同步带相连，从动轮与所述车轮同轴连接；所述驱动控制器、电动机和电源安装在车架内部，位于车轮上方。
进一步的，所述电驱动系统中还包括斩波器，串连连接在电源与驱动控制器之间，其控制端与倾斜控制器相连。
进一步的，本实用新型还包括车座，设置在车架上方，电源控制开关安装在车座上。
更进一步，本实用新型还包括杆状把手，设置在车架上，电源控制开关安装在把手或杆身上。
更进一步，所述车架是单面开口的盒式，所述电驱动系统和自稳定系统设置在盒式车架内部顶端，车轮的一部分被车架所遮盖。
本实用新型单轮脚踏车采用电动机驱动，结合测量倾斜角度的传感器，使用者产生的任何轻微的重心变化，电动机都会产生一个向前或向后的电驱动，使单轮驱动保持自平衡，从而克服了以往单轮脚踏车没有高超技艺就难于平衡的缺点。车架采用一面开口的安装盒式，以便将控制系统放置在里面，保持脚踏车外形的美观，在遇到意外情况人车摔倒时，盒式车架也可以起到保护和支撑车体的功能。本实用新型同时具有结构简单、操作容易、灵活性强的优点。无论大人、小孩都可以很轻松地操作本实用新型脚踏车，在家里和办公室都可以玩。本实用新型脚踏车尤其适用于步行街、广场、游乐场和大型会场等汽车无法通行的场合，可为人代步，移动灵活，又可供娱乐。
图1是本实用新型一种电动单轮脚踏车的主视图。
图2是本实用新型一种电动单轮脚踏车的左视图。
图3是本实用新型控制系统的电路结构框图。
图4是本实用新型电动单轮脚踏车所采用的模糊控制原理图。
下面根据附图和较佳实施例对本实用新型作进一步阐述。
如
图1和图2所示，本实用新型所述电动单轮脚踏车包括车座1、车架2、车轮4、脚蹬3、电驱动系统5和自稳定系统6。车架2采用一面开口的盒式形状，车座1安装在车架2的上面，即相对开口的另一面上。车轮4通过一个转轴安装在车座1下部，与转轴固定连接，车轮4的一部分被车架2所遮盖。脚蹬3安装在车架2两侧。电驱动系统5和自稳定系统6安装在车座1的内部。车架起到了保护其内部装置的作用，又保持了脚踏车外形的美观，同时，在遇到意外情况人车摔倒时，盒式车架也可以起到保护和支撑车体的功能。
图3是本实用新型中控制系统的电路结构框图。图中的参考值是倾斜控制器中程序初始设定的，其中，电驱动系统5包括电源51、斩波器52、驱动控制器53、电动机54、从动轮55和同步带56。所述电源51通过斩波器52向驱动控制器53提供电能，而斩波器52对电源51(蓄电池)的输出进行整流，进行升/降压处理后输入到驱动控制器53。驱动控制器53与电动机54相连，控制电动机54的正反转及转速。电动机54通过同步带56带动从动轮55旋转，从而带动车轮4旋转，驱动脚踏车向前或向后运动。其中，驱动控制器53、电动机54和电源51安装在车架2内部，位于车轮4上方。电源51的开关安装在车座1上方便驾驶者操作的位置。汽车者通过电源开关可以方便地驾驶车辆前进或后退。车辆的左右转弯则通过骑车者的重心左移或右移引起车轮左边或右边轮缘半径变化，从而引起左右两侧滚动距离的差异，实现左转弯或右转弯。
自稳定系统6包括角度传感器61和倾斜控制器62。角度传感器61设置在车架2侧面，与倾斜控制器62电连接，倾斜控制器62与电驱动系统电连接。
角度传感器61用于测量骑车者及车辆重心向前/后偏离垂直位置(即前倾或后倾)的倾斜角度v(Δv)，并传递给倾斜控制器62。倾斜控制器62接受来自角度传感器61的信号，通过模糊控制，计算出明确的值给斩波器52和驱动控制器53。为维持车辆的平衡，由驱动控制器53发出需要的扭距指令，(所有驱动电动机的扭距指令都是由驱动控制器输出的)，驱动电动机54使车辆前进或后退。倾斜角度越大车辆行驶速度越快，当倾斜保持一定角度时，倾斜控制器62的输出不再发生变化，驱动控制器的输出不发生变化，车辆以匀速行驶。当车辆静止时，角度传感器61输入的数值几乎为零，为了维持车辆的平衡，角度传感器61测量的倾斜角度由倾斜控制器62模糊化控制后变成确切的控制量，输入到斩波器52和驱动控制器53，驱动控制器53输出维持平衡需要的扭距指令，驱动电动机54以大约每秒上百次向前或向后运动来保持车辆的垂直稳定。当骑车者重心向左或向右移动时，会引起车轮4的左转弯或右转弯。这样，通过采用电动机驱动，结合测量倾斜角度的传感器，对于使用者产生的轻微的重心变化，电机都会产生一个向前或向后的电驱动，使单轮脚踏车保持自平衡。
图4是本实用新型电动单轮脚踏车所采用的模糊控制原理图。模糊控制本质上就是一个采用了模糊控制算法的计算机或芯片，它由三个基本部分构成(1)将输入的确切值“模糊化”，成为可用模糊集合描述的变量；(2)应用语言规则进行模糊推理；(3)对推理结果进行决策并反模糊化(也称为清晰化、解模糊)，使之转化为确切的控制量。
作为本实用新型的一个改进，还包括杆状把手，设置在车架上，位于车座1的前方，可以调节其调节螺栓以调节其倾斜角度，使驾驶者感觉舒适。电源51控制开关安装在把手或杆身上，更加方便驾驶者操作，且更好地帮助驾驶者在运动中维持平衡。
权利要求1.一种电动单轮脚踏车，包括车架、车轮、脚蹬和电驱动系统，所述车轮通过转轴与车架相连接，脚蹬安装在车架两侧；其特征在于还包括自稳定系统；所述自稳定系统包括角度传感器和倾斜控制器；所述角度传感器设置在车架侧面，与倾斜控制器电连接；倾斜控制器与电驱动系统电连接。
2.根据权利要求1所述的电动单轮脚踏车，其特征在于所述电驱动系统包括电源、驱动控制器、电动机、从动轮和同步带；所述驱动控制器与电动机和电源电连接；电动机和从动轮通过同步带相连，从动轮与所述车轮同轴连接；所述驱动控制器、电动机和电源安装在车架内部，位于车轮上方。
3.根据权利要求2所述的电动单轮脚踏车，其特征在于所述电驱动系统中还包括斩波器，串连连接在电源与驱动控制器之间，其控制端与倾斜控制器相连。
4.根据权利要求1所述的电动单轮脚踏车，其特征在于还包括车座，设置在车架上方，电源控制开关安装在车座上。
5.根据权利要求1所述的电动单轮脚踏车，其特征在于还包括杆状把手，设置在车架上，电源控制开关安装在把手或杆身上。
6.根据权利要求1所述的电动单轮脚踏车，其特征在于所述车架是单面开口的盒式，所述电驱动系统和自稳定系统设置在盒式车架内部顶端，车轮的一部分被车架所遮盖。
专利摘要本实用新型涉及单轮脚踏车，特别涉及一种休闲娱乐用电动单轮脚踏车，包括车架、车轮、脚蹬和电驱动系统，所述车轮通过转轴与车架相连接，脚蹬安装在车架两侧；还包括自稳定系统；所述自稳定系统包括角度传感器和倾斜控制器；所述角度传感器设置在车架侧面，与倾斜控制器电连接；倾斜控制器与电驱动系统电连接。本实用新型单轮脚踏车克服了以往单轮脚踏车难于平衡需要专业人员才可使用的缺点；同时具有结构简单、操作容易、灵活性强的优点。无论大人、小孩都可以很轻松地操作本实用新型脚踏车，在家里和办公室都可以玩，尤其适用于步行街、广场、游乐场和大型会场等场合。
文档编号B62K1/00GK2860988SQ200520119959
公开日2007年1月24日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者张丽君 申请人:比亚迪股份有限公司