专利名称：惯性导航智能车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动代步工具，具体是一种由惯性器件导航和微电脑自动控制平衡 的左右两轮电动智能车。
背景技术：
随着一次能源的日益紧缺和地球温室效应问题，可再生能源由于高成本低效率无法 得大面积应用，节能环保的电动交通工具逐渐成为未来主流发展方向。
对于短途交通和代步的人群来说，目前通用的交通工具为两轮电动车和自行车，传 统的两轮电动车或自行车虽然可以代步,但由于两个车轮前后分布，它存在占地面积大、 车辆转弯半径大、小空间骑行灵活性差等问题。
中国发明专利(申请号200710130309.2)《左右两轮自动平衡电动车》是一种左 右两轮自动平衡的电动车，两轮分布在骑行者左右两侧，车体上设有转向用的杆和手把， 还安装有相关控制电路和蓄电池，但它主要存在以下缺陷
① 该发明没有设置车辆行驶方向稳定系统或两轮转速同步系统，由于车轮为左右分 布加上车辆行使路面的不确定性，车辆行进中两个车轮的滚动阻力各不相同，如果在骑 行中一侧车轮遇到障碍物车轮滚动阻力增大，而另一侧路面平坦，将行成车体向遇到障
碍物一侧自然转向，骑行速度越快自然转向速度也就越快，骑行者将在没有防备的情况 下摔倒造成安全事故。
② 因转向杆内设有电缆所以不能拆卸，造成运输携带不便。
③ 没有设置遥控操作和防盗报警系统等问题。
发明内容
本发明目的是推出一种利用无线技术和惯性器件稳定车辆行驶航向的左右两轮自 动平衡电动智能车，具有路面适应能力强、航向稳定、航程远、安全性高、自动平衡、 夜行照明、无线操作等优点。
为了实现上述目的本发明技术特征为
惯性导航智能车包括车体、车轮、减速电机、电池组、转向系统、脚踏板、照明设备、惯性导航传感模块、驱动模块、人体感应开关、遥控器、遥控接收模块、防盗报 警系统、平衡传感模块、中央信号处理模块等。其主要特征为采用惯性器件实现惯性 导航智能车行驶航向稳定，行驶航向包括前行、后退、刹车，还设置有夜间行驶照明设 备和无线操作设备以及防盗报警系统。
本发明所采用的技术方案为
① 两个分别独立受控于中央信号处理模块并横向布置而不同轴连接的两个车轮，车 轮分别与所属的减速电机输出轴相联。
② 减速电机为两台齿轮减速电机或行星减速电机，电机为有刷或无刷直流电机，分 别固定于车体所属的电机室(a)和电机室(b)内，与车体行成一整体结构，输出轴大 至在同一轴线上并向相反的方向置于车体左右两边外，电机线分别与所属的驱动模块相 联。
③ 电池组为两组，分别安装在车体前部电池室(a)和后部电池室(b)内，其电池
组为锂电池或磷酸锂铁电池串并联组成，电池室内还设置有电池组保护板，保护板设有 过充过放保护、过流保护、过温保护，电池组输出端经开关、保护器与车体内驱动模块 电源输入端、电压转换相联。
④ 转向系统由转向基座、霍尔传感器、永磁体、转向杆、手把等组成，转向过程是 由两车轮差速完成，差速度是由中央信号处理模块跟据车辆行驶速度和霍尔传感器与永 磁体距离所决定，转向杆底部与转向基座采用快装接头，方便快速拆卸和安装，并可以 长度调整和锁定长度，转向杆顶端还设有手把。
⑤ 车体顶部前方设有转向用的转向基座，转向基座上设有夜行用的照明设备，照明 设备受控于中央信处理模块和遥控器。
⑥ 车体上部设有用于支撑人体的脚踏板，脚踏板左右两边安装有挡泥板，脚踏板下
方设有人体检测开关并与中央信号处理模块相联；车体上还设有安装电气设备的电气室 (a)、电气室(b)，其中电气室(a)位于两电机室和两电池室中间，电气室(b)位于 车体上部两脚踏板之间，电气室(b)顶部还设有状态指示灯、电量指示灯、开关、按 钮等。
⑦ 驱动模块为两套，分别独立驱动两台减速电机，驱动模块具有电机的正反转驱动 能力并具有过流保护和限流功能。
⑧ 惯性导航传感模块包括角速度传感器、滤波器、放大器、A/D转换器、微处理 器等，角速度传感器测量轴与车体水平面大至成垂直关系，并固定在电气室(a)或电气室(b)内，角速度传感器输出信号与车体左右旋转加速度成比例关系，信号经滤波、 放大、A/D转换、积分、微处理运算后调整两个车轮力矩，稳定车辆行驶航向。
惯性导航智能车在行驶过程中， 一侧车轮遇到障碍物或一侧车轮阻力比另一侧阻力 增大(如一个车轮在草地一个车轮在光滑路面)，车体自然向阻力大的一侧转向，车体 自然转向至使惯性导航传感模块输出 一个与转向角度成正比例的电压信号，自然转向角 度越大电压信号也就越高或越低，此电压信号综合平衡传感模块信号，经中央信号处理 模块微处理后增大阻力大一侧车轮力矩或减小阻力小一侧车轮力矩，随着车轮力矩的调 整车体快速恢复到惯性导航传感模块指定的航向。
本发明为人站立驾驶，欲骑行时按压遥控器上电源开关按键可遥控开启惯性导航 智能车，待软件启动完成状态指示灯亮起，双脚方可站立在脚踏板上，当一只脚或两只 脚踩到脚踏板时人体感应开关闭合，中央信号处理模块开始对驱动模块进行控制，驱动 模块驱动电机进行平衡，以使驾驶者不会跌倒，当人体重心向前移动，中央信号处理模 块综合平衡传感模块输入信号和惯性导航传感模块输入信号，分别驱动左车轮和右车轮 所需的速度和加速力矩，倾斜角度越大速度和加速度力矩也就越大。当驾驶者要刹车或 后退时重心向后倾斜，中央信号处理模块根据平衡传感模块检测到的倾斜量和前行速度 控制电机以相反的力矩进行平衡或后退。当驾驶者需要转弯时可通过手把的操作，输出 一个和操作量成比例的信号控制左右两轮不同的转向、转速和力矩，当行驶速度为零时 两轮反向旋转或单轮旋转，当达到设定速度时为差速同向旋转。
骑行完毕可按压遥控器上防盗报警系统按键打开或关闭防盗报警系统，防盗报警 系统开启后车轮处于能耗制动状态，使该车难以被拖动，当有人触动该车，防盗报警系 统就会发出声光报警。
夜间骑行惯性导航智能车时可按压遥控器上照明设备按键打开或关闭照明设备。
上下较陡斜坡时可按压遥控器上辅助模式按键打开或关闭辅助模式，开启辅助模 式后该车就具有无人站立自平衡功能，只要控制转向杆的前后倾斜角度，就能控制该车 的前进、后退、停车、转弯等，使车辆在上下较陡斜坡更为轻松。
附图简要说明
图1是本发明外形结构示意图
图2是本发明车体侧视图
图3是本发明车体内部布局示意4是本发明实施例惯性导航模块信号流程图 图5是本发明控制系统方框图
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述(但不仅限于此实施例)
本发明外形主体结构如图1所示，车体1左右两边设置有车轮2a、 2b和挡泥板 4a、 4b,车体1上部设有脚踏板7a、 7b,脚踏板7a、 7b之间还设有电气室llb，中间 设有转向基座9、转向杆5和手把6。
挡泥板4a、 4b采用螺钉固定在车体1左右两边，运输时可以拆卸。脚踏板7a、 7b下方分别设有人体感应开关，其作用是检测车辆状态，检测方式为重力，开关闭合 车辆开启平衡功能，断开则关闭平衡功能。电气室llb主要安装平衡传感模块和惯性导 航模块，顶部设置有电源开关、指示灯等，后部还设置有红色夜行警示灯(图中未示出)。 手把6固定在转向杆5的顶端，转向杆5下端采用活接头(图中未示出)固定在转向基 座9上，必要时可以拆下转向杆5以节省空间，转向杆长度可调且可锁定长度，以适合 不同身高的人驾驶。转向基座9上还设置有照明设备8，照明设备的开启与关闭受控于 遥控器。
如图2图3所示车体1按功能大至分为电机室、电气室lla、电池室10a、 10b。减 速电机3a、 3b分别固定在所属的电机室内，减速电机为无刷宝塔齿轮减速电机，电机 中心轴低于动力输出轴，动力输出轴伸向车体l左右两边外，车轮2a、 2b中心分别固 定在减速电机3a、 3b动力输出轴上。电机电源线分别联接到电气室lla内所属的驱动 模块上。电池室10a、 10b安装有若干块锂电池串并联成的电池组，电池组电压以适合 电机驱动电压为准，电池组容量跟据电池室体积和需要进行选择，电池室内还分别设有 电池组保护板，以保护电池组不过充电、不过放电、均衡充电、过流保护等功能。
图5显示本发明控制系统组成方框图，其核心控制模块为惯性导航传感模块，平 衡传感模块，中央信号处理模块，模块中都固化有相应的软件。
本发明行驶航向导航是利用了陀螺仪高速旋转的方向指定性原理，图4所显示为实 施例惯性导航模块信号流程图，模块中角速度传感器采用微机械结构电子陀螺，电子陀 螺测量轴与车体垂直安装，以便检测车体左右旋转加速度，此种角速度传感器只有在角 加速度发生变化时才能输出信号，要得到物理陀螺仪的方向指定性，输出信号需要与时 间进行积分运算和相应处理后才能得到与物理陀螺仪相似的方向指定性。驾驶者在没有自主操控车体转弯情况下，车体因某种原因造成航向与惯性导航模块指向发生变化，车 体航向将与惯性导航模块指向产生一个夹角，夹角的大小表示车体航向偏离大小。此夹 角转化成电0—5V的电压信号，2.5V为中立点信号，用此电压信号输入中央信号处理 模块按比例增大车轮转速相比另一侧车轮转速慢的力矩或减小车轮转速大于另一侧车 轮转速的力矩，直到车体航向与惯性导航模块指向夹角为零此时调整力矩才结束。
车辆行驶航向导航是一个连续动态的过程，只要行驶航向一开始发生变化车轮航向 修正力矩就启动，偏航越大车轮修正力矩也就越大，直到车体回到惯性导航模块指定航 向修正力矩才结束。
权利要求
1.惯性导航智能车包括车体、车轮、减速电机、电池组、转向系统、脚踏板、照明设备、惯性导航传感模块、驱动模块、人体感应开关、遥控器、遥控接收模块、防盗报警系统、平衡传感模块、中央信号处理模块等，其主要特征为采用惯性器件实现智能车行驶航向稳定，行驶航向包括前行、后退、刹车，还设置有夜间行驶照明设备和无线操作设备以及防盗报警系统。
2. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为两个分别独立受控于中央信号处理模块并横向布置而不同轴连接的两个车轮，车轮分别与所属的减速电机输出轴相联。
3. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为减速电机为两台齿轮减速电机或行星减 速电机，电机为有刷或无刷直流电机，分别固定于车体所属的电机室(a)和电机室(b) 内，与车体行成一整体结构，输出轴大至在同一轴线上并向相反的方向置于车体左右两边 外，电机线分别与所属的驱动模块相联。
4. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为电池组为两组，分别安装在车体前部电 池室(a)和后部电池室(b)内，其电池组为锂电池或磷酸锂铁电池串并联组成，电池室 内还设置有电池组保护板，保护板设有过充过放保护、过流保护、过温保护，电池组输出 端经开关、保护器与车体内驱动模块电源输入端、电压转换相联。
5. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为转向系统由转向基座、霍尔传感器、永 磁体、转向杆、手把等组成，转向过程是由两车轮差速完成，差速度是由中央信号处理模 块跟据车辆行驶速度和霍尔传感器与永磁体距离所决定；转向杆底部与转向基座采用快装接头，方便快速拆卸和安装，并可以长度调整和锁定长度，转向杆顶端还设有手把。
6. 如权利要求1和权利要求5所述的惯性导航智能车，其特征为车体顶部前方设有转向用的转向基痤，转向基座上设有夜行用的照明设备，照明设备受控于中央信处理模块和遥控 器。
7. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为车体上部设有用于支撑人体的脚踏板， 脚踏板左右两边安装有挡泥板，脚踏板下方设有人体检测开关并与中央信号处理模块相联；车体上还设有安装电气设备的电气室(a)、电气室(b)，其中电气室(a)位于两电 机室和两电池室中间，电气室(b)位于车体上部两脚踏板之间，电气室(b)顶部还设有 状态指示灯、电量指示灯、开关、按钮等。
8. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为驱动模块为两套，分别独立驱动两台减速电机，驱动模块具有电机的正反转驱动能力并具有过流保护和限流功能。
9. 如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为惯性导航传感模块包括角速度传感器、滤波器、放大器、A/D转换器、微处理器等，角速度传感器测量轴与车体水平面大至成垂 直关系，并固定在电气室(a)或电气室(b)内，角速度传感器输出信号与车体左右旋转 加速度成比例关系，信号经滤波、放大、A/D转换、积分、微处理运算后调整两个车轮力 矩，稳定车辆行驶航向。
10.如权利要求1所述的惯性导航智能车，其特征为该车设置有遥控器和防盗报警系统，遥 控器上按键包括电源开关按键、防盗报警系统按键、照明设备按键、辅助模式按键等。
全文摘要
本发明涉及一种电动代步工具，尤其是基于惯性器件导航的左右两轮自动平衡电动智能车，包括车体、电池组、减速电机、车轮、转向杆、驱动模块、平衡传感模块、惯性导航模块、以及中央信号处理模块等。本发明是利用电子惯性器件稳定运行中的车体航向，车体平衡是采用倒立摆原理计算机自动控制实现的，骑行时双脚站立于脚踏板上，手扶转向杆手把调整人体重心控制智能车前进、后退、刹车等功能，本发明可作为娱乐、旅游区观光、步行街代步、高尔夫球场代步、机场值勤、上下班代步、大型场所代步等工具。
文档编号B62K21/00GK101585388SQ20091010725
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者涛 杨 申请人:涛 杨