车辆平衡装置以及调整车辆平衡的方法与流程

本发明涉及一种车辆平衡装置以及调整车辆平衡的方法，可以用于自行车、电动车、摩托车、汽车等各种车辆上，更具体地说，本发明涉及一种使得各种车辆在不借助任何外力作用下自动保持平衡，并且即使遭遇一定撞击仍然可以保持平衡的车辆平衡装置以及调整车辆平衡的方法。

背景技术：

众所周知，现在的两轮交通工具中，以摩托车为例，摩托车本身是无法保持平衡的，在静止状态下需要利用与地面接触的支架来防止摩托车倾倒，而在运动状态下，如果摩托车发生倾斜，就需要驾驶者用调整身体等方式使摩托车恢复平衡。

这样的结构和调整方式导致了如下的问题：(1)支架需要在摩托车静止时放下，在运动时收起，反复的收起放下动作会导致支架易于磨损，使得支架损坏或者相对于摩托车的角度发生变化，这样会导致支架不能实现本来的支撑功能，摩托车无法保持平衡而倾倒；(2)在驾驶者自己调整身体来应对摩托车倾斜的情况下，在摩托车倾斜过大的情况下，驾驶者容易无法应对而导致摩托车侧翻，即使摩托车倾斜不大，驾驶者也需要不断地与该倾斜对应地调整，对于驾驶的安全性也造成了一定威胁。

对汽车驾驶而言，在因为过弯或者地面不平而产生侧倾时，也会影响到驾驶员的驾驶体验，同样需要能够快速地应对侧倾而调整汽车平衡的装置。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种车辆平衡装置以及调整车辆平衡的方法，能够在两轮车或者汽车倾斜的情况下调整车辆的平衡。

技术方案1为车辆平衡装置，用于保持车辆平衡，所述车辆包括车 架和车轮，所述车辆平衡装置包括：传感器，传感器与所述车架连接，用于检测车辆的倾斜角度；控制器，与所述传感器连接，接收来自所述传感器的信号；控制电机，与所述控制器连接，在所述控制器的控制下动作；转子电机，与所述控制电机连接，与所述控制电机的动作联动而上下摆动，从而实现车辆的平衡。

技术方案2的车辆平衡装置中，所述控制电机是步进电机或伺服电机。

技术方案3的车辆平衡装置中，所述控制电机的输出端通过减速器而与所述转子电机固定连接。

技术方案4的车辆平衡装置中，所述控制电机的输出端直接与所述转子电机固定连接

技术方案5的车辆平衡装置中，所述车辆平衡装置安装在车架宽度方向上的中心位置。

技术方案6的车辆平衡装置中，所述车辆平衡装置与车载电源连接以获得电力。

技术方案7为调整车辆平衡的方法，用于保持车辆平衡，所述车辆包括车架和车轮，所述方法包括：利用传感器检测车辆的倾斜角度，在检测到车辆倾斜的情况下将信号发送给控制器，控制器接收到信号后来对控制电机的动作进行控制，控制电机动作，使得与控制电机联动的转子电机动作而上下摆动，从而实现车辆的平衡。

技术效果

根据本发明，能够在两轮车或者汽车倾斜的情况下、自动向相反方向实施平衡力矩，从而调整车辆的平衡。

附图说明

图1是安装有本发明的车辆平衡装置的两轮车的结构示意图。

图2是车辆处于平衡状态时的主视图。

图3是车辆处于平衡状态时的左视图。

图4是车辆处于倾斜状态时车辆平衡装置动作的主视图。

图5是车辆处于倾斜状态时车辆平衡装置动作的左视图。

具体实施方式

图1是安装有本发明的车辆平衡装置的两轮车的结构示意图。所述车辆至少包括车架1和车轮2，车辆平衡装置3安装在车架1上。车辆当然还包括维持车辆运转的一般装置，例如发动机、车灯等等，在此省略表述。

在这里，将从前车轮到后车轮的纵向方向称为长度方向，将俯视看去的从车体左侧到右侧的方向称为宽度方向，将从车座到地面的垂直方向称为高度方向，车辆座椅为上方，相对来说地面为下方。车辆平衡装置3沿长度方向安装在车架1上，优选为安装在车架宽度方向上的中心位置，车辆平衡装置3利用框架4与车架1的接合而安装在车架1上。当然，只要能够实现车辆平衡装置3与车架1的接合，除了框架4之外，也可以采用其他的实施方式。框架4也可以是车架1的一部分。

车辆平衡装置3包括：传感器5，传感器5与车架连接，用于检测车辆的倾斜角度；控制器6，与传感器5和后述的控制电机7连接，用于控制控制电机7的动作；控制电机7，与后述的转子电机8连接，在控制器6的控制下动作，使得转子电机8联动地动作；转子电机8，与控制电机7的动作联动而上下摆动，从而实现车辆的平衡。其中，控制器6与传感器5和控制电机7之间通过未图示的导线连接，或者也可以通过红外线等无线方式连接。

传感器5可以是通常的角度传感器，用来测量车辆相对于水平地面的倾斜角度。传感器5检测后，将信号发送到控制器6。为了实现更加精确的控制，除了检测车辆倾斜角度的传感器之外，还可以进一步利用其他传感器，例如检测车辆当前速度或者车辆当前加速度的传感器，来与检测车辆倾斜角度的传感器配合使用，综合考虑这些传感器的参数后，来判断在何种情况下使控制电机动作。这些传感器可以单独设置，也可以集成为一个传感器例如三合一传感器。可以根据实际生产的需要来配置传感器的种类以及所检测的参数。

控制器6可以执行PID控制等反馈控制，在接收到来自传感器5的检测信号后，对控制电机7的动作进行控制，使得控制电机7转动。

控制电机7优选是伺服电机，也可以是步进电机。控制电机7在控制器6的控制下转动，该转动被输出到转子电机8，从而使得转子电机8上下摆动。

控制电机7的输出端通过减速器而与转子电机8固定连接，减速器可以是齿轮齿条减速器或者是蜗轮蜗杆减速器等。当然，控制电机7的输出端也可以直接与转子电机8固定连接。直接连接时的电机为直驱电机，其输出力矩大，因此省去了诸如减速器，齿轮箱，皮带轮等连接机构，既减少了由于机械结构摩擦而产生尺寸方面的误差，也降低了使用时的噪音等。这样，控制电机7的输出被传递给转子电机8，转子电机8与控制电机7的动作联动而上下摆动。转子电机与控制电机在本实施方式中分别设置为两个，但是其数量不限于此，也可以根据实际的需要而设置为一个或者多个。

车辆平衡装置3的上述各部件与未图示的车载电源连接而获得电力，从而执行各自的动作。当然，车辆平衡装置也可以与外置的电源连接而获得电力。

图2是车辆处于平衡状态时的主视图。此时，转子电机与高度方向垂直且沿长度方向为水平状态。

图3是车辆处于平衡状态时的左视图。车辆平衡装置3的各部件仍然保持工作状态，使得在平衡状态被打破即车辆处于非平衡状态时能够立即进行调整。

图4是车辆处于倾斜状态时车辆平衡装置动作的主视图。图5是车辆处于倾斜状态时车辆平衡装置动作的左视图。如图4、图5所示，在车辆向左倾斜时，转子电机8向下运动，从而利用陀螺力矩使得车辆恢复平衡。

下面，对于车辆平衡装置3的动作进行说明。

简要地说，在车辆启动供电后，车辆平衡装置开始工作，在车辆受到撞击或车身角度发生变化时，车辆平衡装置会自动向相反方向实施平衡力矩，在一定程度上防止车辆侧向翻倒。

具体来说，在车辆平衡状态时，车辆平衡装置3的各部件与车载电源接通，平衡装置开始工作，短时间内达到可使车辆不会侧向倾倒的平衡力矩而自动保持屹立不倒。平衡装置保持工作状态，使得在平衡状态被打破即车辆处于非平衡状态时能够立即进行调整。在平衡装置开始工作和保持工作期间，转子电机8始终保持高速旋转状态。

当车辆倾斜时，以图4、5为例，车辆向左倾斜，传感器5检测到车辆的倾斜角度后，将信号传送给控制器6，控制器6接收到信号后，根 据倾斜角度来指令控制电机7进行动作，控制电机7动作后，其转动通过减速器或者连接件而传递给转子电机8，转子电机向下运动，根据陀螺力矩的原理而产生使得车辆向右运动的力，该力带动车架向右运动，从而实现车辆的平衡。

绕对称轴高速旋转的转子当旋转轴在空间中改变方位时所表现出的抗阻力矩，通常称为陀螺力矩。本发明利用了陀螺旋转的定轴性原理，纵列布置两台转子电机产生转动惯量来平衡车辆，可使自行车、电动车、摩托车等车辆在静止时不借助任何外力作用下自动保持平衡而不倾倒。而当传感器检测到当前状态需要修正时便提供检测到的数据，发送给控制器，由控制器判断是否需要控制电机动作，如需控制电机动作则控制电机带动转子电机向上或者向下摆动，通过控制转子电机倾斜来提供相反方向的平衡力矩，甚至在遭遇一定撞击的情况下仍然可以保持平衡做到屹立不倒。

当车辆向右倾斜时，转子电机向上方摆动而产生使得车辆向左运动的力，该力带动车架向左运动，从而实现车辆的平衡。

本发明的车辆平衡装置同样可以应用于汽车。在用于汽车的情况下，将本发明的车辆平衡装置纵向固定安装在汽车底盘中心位置，在车辆启动供电后，车辆平衡装置开始工作，数秒后达到最大平衡力矩，在转弯时车辆平衡装置会自动检测车辆侧倾角度，并施加相应平衡力矩使车辆4轮抓地力平衡从而平稳过弯。而在汽车侧向受到撞击时，车辆平衡装置会自动向相反方向实施最大平衡力矩，在一定程度上防止汽车侧向翻倒。

(其他实施方式)

本发明的车辆平衡装置同样可以应用于三轮车辆，因为倒三轮、前三轮都是通过模拟摩托车侧倾方式来过弯的，本发明同样可以解决三轮车中的平衡问题。用于摩托车的单个转子电机的质量为10公斤左右，但是也可以根据实际需要而进行质量的调整。

转子电机的转速等参数可以根据实际应用的摩托车参数而进行对应的调整。

虽然在本发明中用转子电机产生陀螺力矩，但是不限于此，也可采用其他通过高速旋转能够产生陀螺力矩的设备。

控制电机与转子电机的连接方式并不限于本发明实施方式所描述的 减速器或者直接连接等，只要能够实现控制电机与转子电机联动，则能够采用各种不同的连接方式。