一种独轮自平衡滑板车的制作方法

本发明涉及独轮滑板车领域，具体是一种独轮自平衡滑板车。

背景技术：

在社会飞速发展的今天，交通拥堵在各个城市普遍存在，尤其是上下班高峰时间，很多人因为堵车而耽误很多重要的事情。为了缓解交通拥堵的烦恼，目前市场是已经出现了时尚的独轮自平衡车。滑板车是一可用于代步又不受交通拥堵的新型产品形式。滑板车速度可以达到20公里/时，如今滑板车已成为潮流运动产品及代步工具。现有滑板车大都采用前双排轮胎或者左右站立的踏板，使得滑板车显得笨重且平衡力难以掌控，且部件重量不轻车辆结构复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的不足，现有滑板车大都采用前双排轮胎或者左右站立的踏板，使得滑板车显得笨重且平衡力难以掌控，且部件重量不轻车辆结构复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题，提出了一种独轮自平衡滑板车，通过采用轮毂电机及自平衡系统，通过操纵者的双脚站立在轮胎的前后两侧使得滑板车重量减轻且易于操控。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：

一种独轮自平衡滑板车，包括车轮，沿径向设置在车轮中部两侧用于将车轮固定于中心的连体式外壳、设置在外壳顶部中央空心的踏板、用于驱动车轮内置在车轮内的轮毂电机、用于驱动轮毂电机的控制电路模块以及无线设备；所述车轮通过所述踏板的中央空心位置外露于踏板的顶部；

所述控制电路模块包括用于驱动轮毂电机的电路板，与电路板分别电性连接带有充电接口的电源模块、以及用于显示滑板车行驶状态的led照明灯；

所述电路板包括微处理器，与所述轮毂电机电连接的电机驱动电路、与微处理器电连接的led驱动电路、以及与微处理器分别电连接的用于测量电机转速的霍尔传感器、用于检测所述踏板倾斜角度的加速度传感器、用于测量踏板倾斜角速度的陀螺仪、以及用于与无线设备连接的无线模块。

所述控制电路模块通过检测操作者的重心变化进而通过轮毂电机控制滑板车的运动方向；所述控制电路模块通过无线模块发送或接受无线信息给无线设备。

优选的，所述电源模块用于控制电池向电路板以及轮毂电机供电以及控制电池的充电过程；所述led驱动电路电连接led照明灯，用于控制led照明灯；所述无线模块包括蓝牙模块、wifi模块以及红外感应模块，用于通过该无线模块无线连接无线设备，进而通过无线设备遥控滑板车、显示滑板车的运动状态以及控制led照明灯；所述控制电路模块还电连接一扬声器，所述智能终端通过蓝牙模块连接扬声器播放音乐。

优选的，所述无线设备包括用于与所述蓝牙模块或者wifi模块进行无线连接的智能终端，以及用于与红外感应模块进行无线连接的遥控器；所述智能终端用于控制滑板车的运动状态，所述遥控器用于控制led照明灯。智能终端遥控滑板车包括控制滑板车启动、停止、控制方向和速度模式，显示滑板车的运动状态包括滑板车的运动速度，运动加速度、运动角度、运动时间、运动里程以及电量。

优选的，所述微处理器通过pwm接口电路连接所述电机驱动电路，所述加速度传感器、陀螺仪的输出端通过模数转换接口与所述微处理器连接，所述霍尔传感器的输出端与所述微处理器连接。

优选的，所述控制电路模块通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；控制电路模块中的加速度传感器和陀螺仪每隔设定周期对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器根据平衡算法算出车轮的转速，通过电机驱动电路控制车轮转动，从而控制车辆的前进和后退。

优选的，所述平衡算法通过以下方式实现：算法首先根据陀螺仪与加速度传感器测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出电机的转速。

优选的，所述电源模块位于外壳内部车轮的一侧，用于向控制电路模块、轮毂电机以及led照明灯供电，所述控制电路模块设置在滑板外壳内车轮的另一侧。

优选的，所述电源模块还设置一开关，用于启动或停止滑板车。所述电源模块采用36v纳米磷酸锂电池，滑板车一次充电能够维持约合9.6公里，行驶时间大约在40分钟到1个小时左右，速度最快可以达到19km/h。加速度受无线设备限制，以便更好的达到自我平衡，同时也是为了保护用户。

优选的，外壳为防水外壳，不必担心路遇水坑等路况；车轮采用宽大的橡胶轮胎，保证了更大的稳定性，使操纵者在陆地上体会到冲浪、滑雪的畅快感。

优选的，所述led照明灯安装在外壳的周侧，所述电路板根据滑板车的行驶状态控制led照明灯的点亮状态。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种独轮自平衡滑板车，通过内置于轮胎的轮毂电机，使得该结构满足双脚站立在轮胎的前后位置从而操控滑板车，将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，将电动滑板车的机械部分大大简化，获得更好的空间利用率，同时提高了传动效率；车辆外观更加简单，整体车身轻盈，便于随身轻易地拎在手上，且操纵者能机动地突破各种地形；led照明灯可以一目了然的显示车轮行驶状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的滑板车结构分解图；

图2为本发明实施例提供的滑板车整体结构图；

图3为本发明工作原理及电路板连接示意图；

图4为本发明无线设备工作过程示意图；

图5为发明的结构框图；

图中标识说明：1-车轮，2-外壳，3-踏板，4-轮毂电机，5-控制电路模块，6-无线设备，7-电路板，8-电源模块，9-充电接口，10-led照明灯，11-微处理器，12-电机驱动电路，13-led驱动电路，14-霍尔传感器，15-加速度传感器，16-陀螺仪，17-无线模块，18-蓝牙模块，19-wifi模块，20-红外感应模块，21-智能终端，22-遥控器，23-扬声器，25-开关，26-保险杠，27-耐磨条。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图5和实施例对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

如附图1至附图4所示，本发明提供了一种独轮自平衡滑板车，包括车轮1，沿径向设置在车轮1中部两侧用于将车轮1固定于中心的连体式外壳2、设置在外壳2顶部中央空心的踏板3、用于驱动车轮1内置在车轮1内的轮毂电机4、用于驱动轮毂电机4的控制电路模块5以及无线设备6；所述车轮1通过所述踏板3的中央空心位置外露于踏板3的顶部；

所述控制电路模块5包括用于驱动轮毂电机4的电路板7，与电路板7分别电性连接带有充电接口9的电源模块8、以及用于显示滑板车行驶状态的led照明灯10；

所述电路板7包括微处理器11，与所述轮毂电机4电连接的电机驱动电路12、与微处理器11电连接的led驱动电路13、以及与微处理器11分别电连接的用于测量电机转速的霍尔传感器14、用于检测所述踏板倾斜角度的加速度传感器15、用于测量踏板3倾斜角速度的陀螺仪16、以及用于与无线设备连接的无线模块17；

所述控制电路模块5通过检测操作者的重心变化进而通过轮毂电机4控制滑板车的运动方向；所述控制电路模块5通过无线模块17发送或接受无线信息给无线设备6。

实施例二

如附图3所示，作为本发明的一种改进，所述电源模块8用于控制电池向电路板7以及轮毂电机4供电以及控制电池的充电过程；所述led驱动电路13电连接led照明灯10，用于控制led照明灯10；所述无线模块17包括蓝牙模块18、wifi模块19以及红外感应模块20，用于通过该无线模块17无线连接无线设备6，进而通过无线设备6遥控滑板车、显示滑板车的运动状态以及控制led照明灯10。

实施例三

如附图4所示，作为本发明的一种改进，所述无线设备6包括用于与所述蓝牙模块18或者wifi模块19进行无线连接的智能终端21，以及用于与红外感应模块20进行无线连接的遥控器22；所述智能终端21用于控制滑板车的运动状态，所述遥控器22用于控制led照明灯10。智能终端21遥控滑板车包括控制滑板车启动、停止、控制方向和速度模式，显示滑板车的运动状态包括滑板车的运动速度，运动加速度、运动角度、运动时间、运动里程以及电量；所述控制电路模块5还电连接一扬声器23，所述智能终端21通过蓝牙模块18连接扬声器23播放音乐。

实施例四

作为本发明的一种改进，所述微处理器11通过pwm接口电路连接所述电机驱动电路12，所述加速度传感器15、陀螺仪16的输出端通过模数转换接口与所述微处理器11连接，所述霍尔传感器15的输出端与所述微处理器11连接。

实施例五

作为本发明的一种改进，所述控制电路模块5通过检测操纵者的前后重心的变化进而通过电机控制车辆的前进和后退；控制电路模块5中的加速度传感器15和陀螺仪16每隔设定周期对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器11，微处理器11根据平衡算法算出车轮的转速，通过电机驱动电路控制车轮1转动，从而控制车辆的前进和后退。

实施例六

作为本发明的一种改进，所述平衡算法通过以下方式实现：算法首先根据陀螺仪16与加速度传感器15测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出电机的转速。

实施例七

作为本发明的一种改进，所述电源模块8位于外壳2内部车轮1的一侧，用于向控制电路模块5、轮毂电机4以及led照明灯10供电，所述控制电路模块5设置在滑板外壳2内车轮的另一侧。

实施例八

作为本发明的一种改进，所述电源模块8还设置一开关25，用于启动或停止滑板车。所述电源模块8采用36v纳米磷酸锂电池，滑板车一次充电能够维持约合9.6公里，行驶时间大约在40分钟到1个小时左右，速度最快可以达到19km/h。加速度受无线设备限制，以便更好的达到自我平衡，同时也是为了保护用户。

实施例九

作为本发明的一种改进，外壳2为防水外壳，不必担心路遇水坑等路况；车轮1采用宽大的橡胶轮胎，保证了更大的稳定性，使操纵者在陆地上体会到冲浪、滑雪的畅快感。

实施例十

作为本发明的一种改进，所述led照明灯10安装在外壳2的周侧，所述电路板7根据滑板车的行驶状态控制led照明灯10的点亮状态及颜色。

实施例十一

作为本发明的一种改进，所述外壳2的前端面和后端面设置一对保险杠26，所述保险杠26底部贴有耐磨条27。

滑板车具体运动过程：

操作员通过内置电动平衡系统前脚发力或者向前倾斜身体是加速，后脚发力则是减速或者反向行驶。操作员脚踩上去的一刻，滑板车立即启动自平衡系统。滑板车在外壳的前方和后方分别配备了前灯和尾灯，在转向时候会自动变换，保证骑行的安全性。

参见附图3至附图5，当操纵者需要开机时，按动开关滑板车即开机，陀螺仪和加速度传感器测量车辆的前后倾角，如果倾角在设定的范围(如0到15)内，车辆进入行驶状态，操纵者即可上车，车体的左右平衡靠操纵者自身控制。进入行驶状态后陀螺仪和加速度传感器将开始每隔一定的时间周期采集车体倾角，并将倾角信息传递给微处理器，微处理器调用平衡算法，算法首先根据陀螺仪与加速度传感器测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出轮毂电机的转速，将此信息传递给电机驱动电路，驱动轮毂电机转动，轮毂电机带动车轮旋转，滑板车即可实现平衡。如果倾角不在上述设定的范围内，则蜂鸣器提示错误。

操纵者通过侧身改变身体重心所在，使车体根据重心前进或后退，电路系统中的加速度传感器和陀螺仪会每隔一定周期(如5毫秒)对车辆的倾角进行检测，并将测得的数据发送给微处理器，微处理器调用平衡算法，算法首先根据陀螺仪与加速度传感器测得的数据求出当前车体的倾斜角，然后根据倾斜角算出其所对应的车辆速度值，最后根据车辆的速度值得出轮毂电机的转速，将此信息传递给电机驱动电路，驱动轮毂电机转动，轮毂电机带动车轮旋转，从而控制车辆的前进。

在车辆工作时，霍尔传感器会每隔一定的周期(如5毫秒)测量车辆的速度，将此数据传送至微处理器，如果某一时刻微处理器判断车辆达到了设定的最高速度，则通过电机驱动电路控制轮毂电机在短时间内加速，从而使车体向后倾斜，从而使车辆速度降低，达到了限速目的。操纵者者也可以根据上述原理实现车辆的向后行驶以及在向后行驶过程中的限速。

车辆开机后，微处理器将车辆的相关行驶参数以及电池电量显示在客户端上。

参见附图4，智能终端与车辆的通讯分为三种模式，即查询、遥控和修改。查询模式时，智能终端发送查询指令，经由车辆上控制电路模块中的无线模块传给微处理器，微处理器提取加速度传感器、陀螺仪、霍尔传感器测得的车辆倾角以及速度，数据通过无线模块发送给智能终端，智能终端显示给用户。遥控模式时，用户根据智能终端上的控制界面控制车辆上led照明灯。修改模式时，用户可以在智能终端内修改车辆的最大限速，修改指令经由车辆上电路系统中的无线模块传给微处理器，微处理器对内置的限速信息进行修改。操纵者下车后按下遥控器上的关机按钮，滑板车将关机。

操纵者在行驶过程中，可将智能终端和滑板车的蓝牙连通，操纵者通过智能终端即可向滑板推送音乐，通过滑板的扬声器播放出来，增添了滑行的乐趣。本发明还可以将实施例二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一所述技术特征中的至少一个与实施例一组合形成新的实施方式。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种独轮自平衡滑板车，通过内置于轮胎的轮毂电机，使得该结构满足双脚站立在轮胎的前后位置从而操控滑板车，将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，将电动滑板车的机械部分大大简化，获得更好的空间利用率，同时提高了传动效率；车辆外观更加简单，整体车身轻盈，便于随身轻易地拎在手上，且操纵者能机动地突破各种地形；客户端可以一目了然的显示车轮行驶状态。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。