电动平衡车及其运行控制系统和运行控制方法与流程

本发明属于电动车设备技术领域，尤其是涉及一种电动平衡车及其运行控制系统和运行控制方法。

背景技术：

电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。现有的电动平衡车主要分为操控杆式电动平衡车和电动平衡扭扭车，前者主要是通过可以扭转的操控杆来实现行进方向的改变，但是在电动平衡车上设有扭转的操控杆必然导致其结构复杂，增加成本，后者主要有两个能相互扭转的脚踏座组成，通过扭动脚踏座实现车体行进方向的改变，该种电动平衡扭扭车虽然省略了操控杆，但是由于其自身结构的限制，体积一般较小，且该种平衡车上手较慢，操控难度大。

为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种分体转动式自平衡两轮车[申请号：201420415122.2]，包括车体主架，车体主架两侧设有轮子，车体主架内设有电机及可控制电机转速的陀螺仪，所述的车体主架包括两个相互分离的分体车架，两个分体车架中间设有一根连轴，两个分体车架以连轴为转动中心独自转动，每个分体车架内单独设有陀螺仪和电机，分体车架包括一个上盖踏板与下壳体，陀螺仪固定在上盖踏板底部，陀螺仪连接电路板，电路板连接电机，电机驱动轮子。

上述方案虽然通过取消了电动平衡车的操控杆，实现用脚来控制电动平衡车的行进方向的改变，解放了驾驶者的双手但是由于该方案结构的限制，该方案依然存在着：结构复杂，方向控制灵敏度低，运行稳定性较差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种结构简单合理，控制精度高的电动平衡车的运行控制系统。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种结构简单，运行稳定性好的采用电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种结构简单，自动化程度高的电动平衡车的运行控制方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本电动平衡车的运行控制系统，设置在具有两个脚踏区域的平衡车车体上，其特征在于，本控制系统包括设置在平衡车车体内的控制电路且在控制电路上连接有两个姿态传感器，所述的控制电路上连接有两组压力感应组件且两组压力感应组件和两个姿态传感器一一对应地配合工作，两组压力感应组件分别设置在平衡车车体的两个脚踏区域且压力感应组件与脚踏区域一一对应设置，每一组压力感应组件分别包括与控制电路相连的第一压力感应机构和第二压力感应机构，且当骑行者的双脚的脚部分别踏于相应的脚踏区域时，相应脚部的第一压力感应机构和第二压力感应机构分别位于脚部前区下方和脚部后区下方。即通过在脚踏区域上的第一压力感应机构和第二压力感应机构来感应脚部前区和脚部后区压力的大小，这样提高了本压力感应组件的稳定性与准确性。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的第一压力感应机构包括设置在脚踏区域的至少一个第一压力传感器，所述的第二压力感应机构包括设置在脚踏区域的至少一个第二压力传感器。即通过第一压力传感器与第二压力传感器来感应脚部前区和脚部后区压力的大小。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的第一压力感应机构还包括设置在第一压力传感器正上方且面积大于第一压力传感器的第一压力传导片，所述的第一压力传导片与第一压力传感器接触；所述的第二压力感应机构还包括设置在第二压力传感器正上方且面积大于第二压力传感器的第二压力传导片，所述的第二压力传导片与第二压力传感器接触。即分别通过第一压力传导片与第二压力传导片来传递脚部的压力，且第一压力传导片与第二压力传导片能适应不同尺寸脚部大小。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的第一压力传导片的背面设有第一柱体，第一压力传感器的数量为一个且第一柱体的下端与第一压力传感器接触，所述的第一压力传导片与平衡车车体之间设有第一弹性复位件；所述的第二压力传导片的背面设有第二柱体，第二压力传感器的数量为一个且第一柱体的下端与第二压力传感器接触，所述的第二压力传导片与平衡车车体之间设有第二弹性复位件。即通过第一柱体顶压第一压力传感器，通过第二柱体来顶压第二压力传感器，这样提高了检测的精度。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的第一弹性复位件为第一弹簧，所述的第一弹簧套设在第一柱体上，所述的第一弹簧的上端作用在第一压力传导片上，下端作用在平衡车车体上；所述的第二弹性复位件为第二弹簧，所述的第二弹簧套设在第二柱体上，所述的第二弹簧的上端作用在第二压力传导片上，下端作用在平衡车车体上。采用该种结构便于第一压力传导片与第二压力传导片的复位。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的脚踏区域内设有第一凹陷区域和第二凹陷区域，所述的第一压力传导片设置在第一凹陷区域内且第一压力传导片的形状与第一凹陷区域的形状相适应，所述的第一柱体设置在第一压力传导片的中心区域，所述的第一凹陷区域内设有与第一柱体对应设置的第一沉孔，所述的第一压力传感器设置在第一沉孔底部，所述的第一柱体插于第一沉孔内；所述的第二压力传导片设置在第二凹陷区域内且第二压力传导片的形状与第二凹陷区域的形状相适应，所述的第二柱体设置在第二压力传导片的中心区域，所述的第二凹陷区域内设有与第二柱体对应设置的第二沉孔，所述的第二压力传感器设置在第二沉孔底部，所述的第二柱体插于第二沉孔内。通过将第一压力传导片与第二压力传导片分别设置在第一凹陷区域与第二凹陷区域内，这样能使本压力感应组件与脚踏区域表面齐平或稍微超出脚踏区域表面。

在上述的电动平衡车的运行控制系统中，所述的平衡车车体包括两个脚踏座，每一脚踏座上分别设有一脚踏区域，两个脚踏座固连或者两个脚踏座可转动连接。

采用电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车如下所述：采用上述的电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车。

基于电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车的运行控制方法如下所述：本电动平衡车的运行控制方法，包括下述步骤：

A、触发自平衡：当骑行者的两个脚部先后踏于平衡车车体的两个脚踏区域时，相应脚踏区域的第一压力感应机构和第二压力感应机构分别位于对应脚部前区下方和脚部后区下方且当受到脚部作用力时第一压力感应机构和/或第二压力感应机构将采集到的压力信号传输至控制电路，控制电路在对应于该脚踏区域的姿态传感器的作用下控制对应于该脚踏区域的行车驱动电机工作以先后实现自平衡；

B、载重状态初始化：当骑行者的两个脚部分别位于平衡车车体的两个脚踏区域且自平衡后，控制电路分别根据自平衡状态时相应脚踏区域的第一压力感应机构和第二压力感应机构的受力情况确定对应脚踏区域各自的载重初始状态；

C、运行控制：控制电路根据两个脚踏区域各自的载重初始状态和两个脚踏区域中的第一压力感应机构和第二压力感应机构的实时数据计算出骑行者的运行意图，从而控制电动平衡车按照骑行者的运行意图运行。

在上述的电动平衡车的运行控制方法中，在上述的步骤C中，若位于平衡车车体左右两侧的两个脚踏区域中两个第一压力感应机构相对于各自载重初始状态受力同步增加或两个第二压力感应机构相对于各自载重初始状态受力同步减少，则平衡车车体直线向前运行；反之，平衡车车体直线向后运行；若位于平衡车车体左右两侧的两个脚踏区域中左侧的第一压力感应机构相对于各自载重初始状态受力增加幅度大于右侧的第一压力感应机构相对于各自载重初始状态受力增加幅度或左侧的第二压力感应机构相对于各自载重初始状态受力减少幅度小于右侧的第二压力感应机构相对于各自载重初始状态受力减少幅度，则平衡车车体向右转动；反之向左转动。

在上述的电动平衡车的运行控制方法中，在上述的步骤C中，所述的控制电路将位于平衡车车体左右两侧的两个脚踏区域中两个第一压力感应机构和两个第二压力感应机构分别相对于各自载重初始状态进行比较并按照向前、向后、向左和向右方向进行权重排序；若向前权重大于向后权重且向左权重等于向右权重，则平衡车车体直线向前运行；反之，平衡车车体直线向后运行；若向前权重大于向后权重且向左权重大于向右权重，则平衡车车体向右转动；若向前权重大于向后权重且向左权重小于向右权重，则平衡车车体向左转动；若向前权重小于向后权重且向左权重小于向右权重，则平衡车车体向左转动；若向前权重小于向后权重且向左权重大于向右权重，则平衡车车体向右转动。

在上述的电动平衡车的运行控制方法中，所述的控制电路在运行控制时仅根据平衡车车体左右两侧的两个脚踏区域中两个第一压力感应机构和两个第二压力感应机构的受力变化进行控制；或者所述的在运行控制时根据平衡车车体左右两侧的两个脚踏区域中两个第一压力感应机构和两个第二压力感应机构的受力变化和对应于两个脚踏区域的两个姿态传感器的实时数据变化进行控制。

与现有的技术相比，本电动平衡车及其运行控制系统和运行控制方法的优点在于：结构简单合理，运行稳定性好，通过第一压力传导片与第二压力传导片来感应脚部前区和脚部后区压力的大小，这样提高了本压力感应组件的稳定性与准确性，且第一压力传导片与第二压力传导片能适应不同尺寸脚部大小。

附图说明

图1为本发明中其中一种平衡车车体的结构示意图。

图2为本发明中另外一种平衡车车体的结构示意图。

图3为本发明的结构框图。

图4为本发明的局部结构示意图。

图中，平衡车车体1、脚踏座11、底座12、脚踏区域2、第一压力感应机构3、第二压力感应机构4、第一压力传感器31、第一压力传导片32、第一柱体33、第一弹簧34、第一凹陷区域35、第一沉孔36、第二压力传感器41、第二压力传导片42、第二柱体43、第二弹簧44、第二凹陷区域45、第二沉孔46、控制电路5、姿态传感器51、压力感应组件6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-3所示，本电动平衡车的运行控制系统，设置在具有两个脚踏区域2的平衡车车体1上，其中，如图1所示，这里的平衡车车体1可以包括一个底座12，两个脚踏区域2分别设置在底座12上，同时，如图2所示，这里的平衡车车体1也可以包括两个脚踏座11，每一脚踏座11上分别设有一脚踏区域2，两个脚踏座11固连或者两个脚踏座11可转动连接，本控制系统包括设置在平衡车车体1内的控制电路5且在控制电路5上连接有两个姿态传感器51，控制电路5上连接有两组压力感应组件6且两组压力感应组件6和两个姿态传感器51一一对应地配合工作，两组压力感应组件6分别设置在平衡车车体1的两个脚踏区域2且压力感应组件6与脚踏区域2一一对应设置，每一组压力感应组件6分别包括与控制电路5相连的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4，且当骑行者的双脚的脚部分别踏于相应的脚踏区域2时，相应脚部的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4分别位于脚部前区下方和脚部后区下方，即通过在脚踏区域2上的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4来感应脚部前区和脚部后区压力的大小，这样提高了本压力感应组件的稳定性与准确性。

如图4所示，本实施例中的本实施例中的第一压力感应机构3包括设置在脚踏区域2的至少一个第一压力传感器31，第二压力感应机构4包括设置在脚踏区域2的至少一个第二压力传感器41，即通过第一压力传感器31与第二压力传感器41来感应脚部前区和脚部后区压力的大小。具体地，本实施例中的第一压力感应机构3还包括设置在第一压力传感器31正上方且面积大于第一压力传感器31的第一压力传导片32，第一压力传导片32与第一压力传感器31接触；第二压力感应机构4还包括设置在第二压力传感器41正上方且面积大于第二压力传感器41的第二压力传导片42，第二压力传导片42与第二压力传感器41接触，即分别通过第一压力传导片32与第二压力传导片42来传递脚部的压力，且第一压力传导片32与第二压力传导片42能适应不同尺寸脚部大小。为了提供压力传递的准确性，这里的第一压力传导片32的背面设有第一柱体33，第一压力传感器31的数量为一个且第一柱体33的下端与第一压力传感器31接触；第二压力传导片42的背面设有第二柱体43，第二压力传感器41的数量为一个且第一柱体33的下端与第二压力传感器41接触，即通过第一柱体33顶压第一压力传感器31，通过第二柱体43来顶压第二压力传感器41，这样提高了检测的精度。

进一步地，为了便于第一压力传导片32与第二压力传导片42的复位，这里的第一压力传导片32与平衡车车体1之间设有第一弹性复位件；第二压力传导片42与平衡车车体1之间设有第二弹性复位件，例如，这里的第一弹性复位件可以为第一弹簧34，第一弹簧34套设在第一柱体33上，第一弹簧34的上端作用在第一压力传导片32上，下端作用在平衡车车体1上；第二弹性复位件可以为第二弹簧44，第二弹簧44套设在第二柱体43上，第二弹簧44的上端作用在第二压力传导片42上，下端作用在平衡车车体1上。为了使用时便于脚部的站立，可以通过将第一压力传导片31与第二压力传导片41分别设置在第一凹陷区域35与第二凹陷区域45内，这样能使本压力感应组件与脚踏区域2表面齐平或稍微超出脚踏区域2表面，即这里的脚踏区域2内设有第一凹陷区域35和第二凹陷区域45，第一压力传导片32设置在第一凹陷区域35内且第一压力传导片32的形状与第一凹陷区域35的形状相适应，第二压力传导片42设置在第二凹陷区域45内且第二压力传导片42的形状与第二凹陷区域45的形状相适应。具体地，这里的第一柱体33设置在第一压力传导片32的中心区域，第一凹陷区域35内设有与第一柱体33对应设置的第一沉孔36，第一压力传感器31设置在第一沉孔36底部，第一柱体33插于第一沉孔36内；第二柱体43设置在第二压力传导片42的中心区域，第二凹陷区域45内设有与第二柱体43对应设置的第二沉孔46，第二压力传感器41设置在第二沉孔46底部，第二柱体43插于第二沉孔46内。

采用电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车如下所述：采用上述的电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车。

基于电动平衡车的运行控制系统的电动平衡车的运行控制方法，包括下述步骤：A、触发自平衡：当骑行者的两个脚部先后踏于平衡车车体1的两个脚踏区域2时，相应脚踏区域2的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4分别位于对应脚部前区下方和脚部后区下方且当受到脚部作用力时第一压力感应机构3和/或第二压力感应机构4将采集到的压力信号传输至控制电路5，控制电路5在对应于该脚踏区域2的姿态传感器51的作用下控制对应于该脚踏区域2的行车驱动电机工作以先后实现自平衡；B、载重状态初始化：当骑行者的两个脚部分别位于平衡车车体1的两个脚踏区域2且自平衡后，控制电路5分别根据自平衡状态时相应脚踏区域2的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4的受力情况确定对应脚踏区域2各自的载重初始状态；C、运行控制：控制电路5根据两个脚踏区域2各自的载重初始状态和两个脚踏区域2中的第一压力感应机构3和第二压力感应机构4的实时数据计算出骑行者的运行意图，从而控制电动平衡车按照骑行者的运行意图运行。

在步骤C中，若位于平衡车车体1左右两侧的两个脚踏区域2中两个第一压力感应机构3相对于各自载重初始状态受力同步增加或两个第二压力感应机构4相对于各自载重初始状态受力同步减少，则平衡车车体1直线向前运行；反之，平衡车车体1直线向后运行；若位于平衡车车体1左右两侧的两个脚踏区域2中左侧的第一压力感应机构3相对于各自载重初始状态受力增加幅度大于右侧的第一压力感应机构3相对于各自载重初始状态受力增加幅度或左侧的第二压力感应机构4相对于各自载重初始状态受力减少幅度小于右侧的第二压力感应机构4相对于各自载重初始状态受力减少幅度，则平衡车车体1向右转动；反之向左转动。

在步骤C中，所述的控制电路5将位于平衡车车体1左右两侧的两个脚踏区域2中两个第一压力感应机构3和两个第二压力感应机构4分别相对于各自载重初始状态进行比较并按照向前、向后、向左和向右方向进行权重排序；若向前权重大于向后权重且向左权重等于向右权重，则平衡车车体1直线向前运行；反之，平衡车车体1直线向后运行；若向前权重大于向后权重且向左权重大于向右权重，则平衡车车体1向右转动；若向前权重大于向后权重且向左权重小于向右权重，则平衡车车体1向左转动；若向前权重小于向后权重且向左权重小于向右权重，则平衡车车体1向左转动；若向前权重小于向后权重且向左权重大于向右权重，则平衡车车体1向右转动。

更具体地，这里的控制电路5在运行控制时仅根据平衡车车体1左右两侧的两个脚踏区域2中两个第一压力感应机构3和两个第二压力感应机构4的受力变化进行控制；或者所述的在运行控制时根据平衡车车体1左右两侧的两个脚踏区域2中两个第一压力感应机构3和两个第二压力感应机构4的受力变化和对应于两个脚踏区域2的两个姿态传感器51的实时数据变化进行控制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了平衡车车体1、脚踏座11、底座12、脚踏区域2、第一压力感应机构3、第二压力感应机构4、第一压力传感器31、第一压力传导片32、第一柱体33、第一弹簧34、第一凹陷区域35、第一沉孔36、第二压力传感器41、第二压力传导片42、第二柱体43、第二弹簧44、第二凹陷区域45、第二沉孔46、控制电路5、姿态传感器51、压力感应组件6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。