一种平衡车的制作方法

本实用新型涉及一种平衡车。

背景技术：

当前平衡车主要有两种类型，第一款：双轮通过联轴器连接，两个轮子的中心在同一轴上，且两个轮子轴可以相对转动，正因两个轮子轴可以相对转动，所以在两轴上各装一个陀螺仪，用来感应各自的姿态，通个运算达到控制电机前进，后退，左转，右转的目的，这类车称只为“扭扭车”或者“漂移车”。第二款：双轮同轴且固定在一个金属架上，中间没有连轴器，两个轮子的轴固定，不能发生相对转动，为了达到控制平衡，装一个陀螺仪在金属架上，通过运算控制可以使其平衡，为了控制其转向，再在金属架上装一款转向把手，通过左右摇动把手使其转向。以上两款虽说都能实现平衡控制功能，但都存在不足。

第一款：

问题1，因为两个轴可以相对转动，所以两边脚踏板很难保持相同的姿势，所以在快速行驶时方向容易偏转，不易控制直线行驶。

问题2，因两边轴各自都需要放陀螺仪，但相隔距离比较远，靠数字传输信号，在高频传输下，电机FOC（Field Oriented Control磁场定向控制）控制会更好，但是因干扰大，误码率高，在低频传送，误码率低，但电机运转的柔顺性差。

问题3，因为不管怎么整合都需要两块带MCU（Micro controller Unit微控制单元）控制板，所以成本高。

第二款：

问题1，因为两个轴固定，为了转向，必须加载转向装置，这个转向杆一般都比较长，所以不利于便携。

问题2，目前带转向的车为了方便运输都需要客户收到货后自己装上螺丝固定转向，增加麻烦，其次，转向杆使用中会出现磨损松动，出现转向误差。

其他的基于压力传感器进行转向的平衡车，根据人的重心变化来实现转向、直行，不易操控，易发生安全事故。

技术实现要素：

本实用新型涉及平衡车，采用应变片测量平衡车中部因扭力而产生变形的方案，能够有效地控制平衡车的转向，提高操控性能，由于根本方案的不同，巧妙地避开和解决了背景技术中的技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种平衡车，包括：车架、左上盖、左下盖、右上盖、右下盖、车轮、安装于车架中部位置的用于感测中部变形程度的传感器、以及，用于根据所述传感器采集的数据信息以控制平衡车转向或直行的控制模块；所述车轮安装于车架的左右两侧，车轮内置有轮毂电机，所述左上盖和左下盖将车架的左侧部分盖合，所述右上盖和右下盖将车架的右侧部分盖合，所述控制模块位于左下盖与车架之间或位于右下盖与车架之间。

通过采用上述技术方案，平衡车的转向可由车架中部的微弱扭转变形产生控制，即平衡车需转向时，由操作者的脚部进行扭转操作，平衡车车架的中部传感器感测到扭转的变形程度和方向，完成平衡的转向或直行等控制，操作简单，使用方便。具体地，如平衡车需向右转，操作者的双脚作用于车架上，对车架左右两边作一个向右转的动作，即左脚尖用力的程度大于左脚跟用力的程度，右脚跟用力的程度大于右脚尖用力的程度，车架左侧具备向后作逆时针转的趋势，车架右侧具备向前作顺时针转的趋势，对车架中部产生扭矩作用，车架中部位置的传感器感测此时由于扭矩作用，传感器本身的形变程度和形变方向信息，即车架中部位置相对车架左右两端的扭转程度，从而将该数据信息反馈给控制模块，控制模块根据此信息控制轮毂电机的转向及转速等，具体地，控制左车轮轮毂电机的输出扭矩小于右车轮轮毂电机的输出扭矩，即控制左车轮转速大于右车轮转速，完成平衡车的右转；同理，平衡车左转，传感器感测到车架中部方向相反的扭矩，以进一步实现右转。

上盖和下盖将车架盖合于中间位置，盖合后形的容纳容间可安装控制模块等其他部件，且上盖分为左上盖和右上盖，下盖分为左下盖和右下盖，使得平衡车车架左右两部分更易操控及扭转，结构也紧凑、牢固，使用寿命长。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器为应变片传感器。通过采用上述技术方案，应变片传感器中应变片产生的形变可以反应平衡车车架中部的微弱的扭转变形程度，采集信息灵敏可靠。

作为本实用新型的进一步改进，传感器包括设置于车架中部位置的前侧的第一传感器、以及后侧的第四传感器。通过采用上述技术方案，第一传感器及第四传感器可采用应变片传感器，以感测车架中部的扭转程度，具体的，第一传感器与第四传感器感测到的扭矩（扭力）大小相等，方向相反，控制模块根据此扭矩（扭力）的大小和方向实现平衡车的转向等。

作为本实用新型的进一步改进，传感器还包括设置于车架中部位置上侧的第二传感器、以及下侧的第三传感器。通过采用上述技术方案，第二传感器及第三传感器可采用应变片传感器，可感测车架中部的扭转程度，具体的，第二传感器与第三传感器感测到的扭矩（扭力）大小相等，方向相反，控制模块根据此扭矩（扭力）的大小和方向实现平衡车的转向等。

作为本实用新型的进一步改进，车架采用整体式结构的金属板或硬质塑料板。通过采用上述技术方案，车架采用整体式结构，车架中部的形变可以准确反应出车架受到的是何种方向的扭力作用，即可以反应出操作者的转向意图；且整体式结构牢固可靠，经久耐用。

作为本实用新型的进一步改进，还包括一用于感测平衡车车架姿态的姿态传感器。通过采用上述技术方案，姿态传感器的设置有利于感测平衡车的姿态，进而对平衡车进行车态控制。

作为本实用新型的进一步改进，所述车架的中部相对于车架左右两端呈渐缩状。通过采用上述技术方案，车架中部截面面积较小，车架两端相对中部产生扭转时，中部扭转更明显，传感器更易测得这种形变程度，完成车架信息的采集。

作为本实用新型的进一步改进，所述车架的中部相对于车架左右两端向内呈圆弧状凹陷。通过采用上述技术方案，车架左右两端向内呈圆弧状凹陷，一方面结构更为匀称，便于传感器感测车架的扭转变形程度的变形方向，另一方面，也使整体结构紧凑，外形美观。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器设置于车架中部截面面积最小处。通过采用上述技术方案，传感器设置于车架中部截面面积最小处，便于对车架中部的变形进行感测，截面面积最小处，传感器感测得更为精确。

作为本实用新型的进一步改进，所述车架的下侧还安装有用于给控制模块、轮毂电机及传感器供电的电池模块。通过采用上述技术方案，电池模块安装于车架下侧，与控制模块处于车架的不同端，结构更为合理紧凑。

根据本实用新型平衡车，三层车体结构，紧凑合理，结构巧妙，操控方便，符合人转向使用习惯，便于推广。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的平衡车的俯视图。

图2为本发明一个实施例提供的平衡车的A-A剖面示意图（未示出上、下盖）。

图3为本发明一个实施例提供的平衡车的车架的扭矩图。

图4为本发明一个实施例提供的平衡车的车架结构示意图。

图5为本发明一个实施例提供的平衡车的剖面图。

图中：车架1、控制模块3、电池模块4、车轮5、左上盖11、左下盖13、右上盖12、右下盖14、第一传感器21、第二传感器22、第三传感器23、第四传感器24。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下扣合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

平衡车，请参阅图1至图4，包括车架1、传感器、控制模块3、车轮5、左上盖11、左下盖13、右上盖12、右下盖14，车架1为整体式，两个车轮5分别安装于车架1的左右两侧，车轮的轮轴通过安装座安装于车架1上，左上盖11和左下盖13将车架1的左侧部分盖合，右上盖12和右下盖14将车架的右侧部分盖合，控制模块3位于左下盖13与车架1之间或位于右下盖14与车架1之间，控制模块与各传感器连接，控制模块、车轮的轮毂电机、传感器等均由电池模块4供电。

传感器设置于车架的中部位置截面面积最小处，为应变片传感器，车架的左右两端相对于中部位置成对称设置，且车架的左右两端较中部位置大，即车架的中部位置相对左右两端呈渐缩状，传感器包括有设置于车架中部位置的前侧的第一传感器21、上侧的第二传感器22、下侧的第三传感器23以及后侧的第四传感器24。传感器用以感测车架中部位置受扭转情况，并根据各传感器感测的受力信息，完成平衡车的转向/直行等运动控制。

按图4箭头方向看过去，当以铝板中轴线为基准发生顺时针扭变时，即车架左侧具备向后作逆时针转的趋势，车架右侧具备向前作顺时针转的趋势，对车架中部产生扭矩作用，车架的扭矩图如图3所示， A1值减小（负向），A2值增加（正向），B1+B2值与实际站上去的人重量成正比，当以车架中轴线为基准发生逆时针扭变时，A1值增加（正向），A2值减小（负向），控制函数如下：

y_left=f_PID1(angle)+f_PID2( (A1-A2)/(B1+B2) )；

y_right=f_PID1(angle)-f_PID2( (A1-A2)/(B1+B2) )；

其中，A1值为第一传感器21测得的扭矩，A2值为第四传感器24测得的扭矩，B1为第二传感器22测得的扭矩，B3为第三传感器23测得的扭矩，angle即车架的角度状态由姿态传感器测得。

f_PID1可根据倾角控制前进后退，f_PID2控制轮子动力大小偏差，使其产生速度差，便可转向。

车架为一整体式结构的平板。车架的结构有利于整车的稳定，且便携易操控。

控制模块包括主控板、姿态感应板、应变片传感器数据板；姿态感应板用于接收姿态传感器感测到的车体姿态数据信息，并将该数据信息反馈给主控板，应变片传感器数据板用于接收应变片传感器感测到的操作者对应变片传感器的具体作用力信息，并将该信息反馈给主控板，主控板根据各数据信息对车体的轮毂电机的转速及转向进行控制，以实现对平衡车车体的控制。姿态传感器中含有一个三轴陀螺仪用以感测平衡车车体的倾角信息。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。