一种自平衡电动自行车驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于测试装置技术领域，尤其涉及一种自平衡电动自行车驱动系统，所述控制器系统包括系统控制器，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡，本发明解决了现有技术无法实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进的问题，具有实用性好、实现了电动车电机的调节和控制、实现了转把和刹车的功能、适用于自平衡电动自行车驱动的有益技术效果。
【专利说明】
一种自平衡电动自行车驱动系统
技术领域
[0001 ]本发明属于测试装置技术领域，尤其涉及一种自平衡电动自行车驱动系统。
【背景技术】
[0002]目前，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，电动平衡车是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物，因此，开发具有自主知识产权的电动平衡车，不仅可以能够实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进，进而能够让电动自行车自平衡保持、倾角测量、角度测试、旋转速度测试的功能，现有技术无法实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进的问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种自平衡电动自行车驱动系统，以解决上述【背景技术】中现有的现有技术现有技术无法实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进的问题。
[0004]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种自平衡电动自行车驱动系统，包括控制器系统，所述控制器系统包括系统控制器，其特征在于，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡。
[0005]进一步，所述控制器系统还包括平衡系统控制器。
[0006]进一步，所述平衡系统控制器具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端。
[0007]进一步，所述步进电机平衡驱动系统还包括陀螺仪检测电路和步进电机驱动电路。
[0008]进一步，所述陀螺仪检测电路用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路用于控制车体方向和平衡。
[0009]进一步，所述陀螺仪检测电路的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器与系统控制器通讯。
[0010]进一步，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括直流无刷电机驱动系统，所述直流无刷电机驱动系统包括三相互补PWM波发生电路、直流无刷电机驱动电路、过流检测电路，所述系统控制器具有三相互补波形输出端、PWM信号输出端、使能信号输出端、刹车信号输出端。
[0011]进一步，所述三相互补Pmi波发生电路用于将连续导通的三相互补波形转换为三相互补PffM波形，所述三相互补PffM波发生电路还用于使能三相互补PffM波形的输出，所述三相互补PffM波发生电路还用于输出刹车信号。
[0012]进一步，所述系统控制器的三相互补波形输出端输出于三相互补PWM波发生电路的三相互补波形输入端，所述系统控制器的PWM信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的PffM信号输入端，所述系统控制器的使能信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的使能信号输入端，所述系统控制器的刹车信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的刹车信号输入端，所述三相互补PWM波发生电路的三相互补PffM波信号输出端输出于直流无刷电机驱动电路的三相互补PWM波信号输入端，所述直流无刷电机驱动电路的过流信号检测输出端输出于过流检测电路的过流信号检测输入端。
[0013]进一步，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括转把刹车系统，所述转把刹车系统包括转把检测电路、刹车检测电路、电门锁控制电路，所述转把检测电路的转把信号输出端输出于系统控制器的转把信号输入端，所述刹车检测电路的刹车信号输出端输出于系统控制器的刹车信号输入端，所述系统控制器的电门锁控制输出端输出于电门锁控制电路的电门锁控制输入端。
[0014]本发明的有益效果为:
[0015]I本发明采用所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡，所述控制器系统还包括平衡系统控制器，所述平衡系统控制器具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端，所述步进电机平衡驱动系统还包括陀螺仪检测电路和步进电机驱动电路，所述陀螺仪检测电路用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路用于控制车体方向和平衡，所述陀螺仪检测电路的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器与系统控制器通讯，由于在使用时，陀螺仪检测电路通过I2C总线反馈于平衡系统控制器电动车的倾角测量、角度测试、旋转速度等参数，平衡系统控制器输出相应的步进电机驱动器的控制电平，步进电机驱动电路控制步进电机相应的调整，进而实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进，因此具有实用性。
[0016]2本发明采用所述自平衡电动自行车驱动系统还包括直流无刷电机驱动系统，所述直流无刷电机驱动系统包括三相互补PWM波发生电路、直流无刷电机驱动电路、过流检测电路，所述系统控制器具有三相互补波形输出端、PWM信号输出端、使能信号输出端、刹车信号输出端，所述三相互补PWM波发生电路用于将连续导通的三相互补波形转换为三相互补PWM波形，所述三相互补PWM波发生电路还用于使能三相互补PWM波形的输出，所述三相互补PWM波发生电路还用于输出刹车信号，所述系统控制器的三相互补波形输出端输出于三相互补PWM波发生电路的三相互补波形输入端，所述系统控制器的PWM信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的PWM信号输入端，所述系统控制器的使能信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的使能信号输入端，所述系统控制器的刹车信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的刹车信号输入端，所述三相互补PWM波发生电路的三相互补PWM波信号输出端输出于直流无刷电机驱动电路的三相互补PWM波信号输入端，所述直流无刷电机驱动电路的过流信号检测输出端输出于过流检测电路的过流信号检测输入端，由于根据霍尔状态信号和转把电压信号控制输出不同占空比的Pwm波形控制上桥导通和关断，同时输出与霍尔状态相对应高低电平，用于产生如下互补PWM波形，用于直流无刷电机驱动波形，并通过调节PffM占空比控制电机速度，由于使能信号控制为低电平有效，控制前端信号通过或非门-对后续电路起作用，使能信号控制为高电平无效时，前端电路无法作用后部电路，由于通电导体在磁场中受到力的作用，产生电机转动的反向作用力，使电机处于电磁刹车状态信号，实现了电动车电机的调节和控制。
[0017]3本发明采用所述自平衡电动自行车驱动系统还包括转把刹车系统，所述转把刹车系统包括转把检测电路、刹车检测电路、电门锁控制电路，所述转把检测电路的转把信号输出端输出于系统控制器的转把信号输入端，所述刹车检测电路的刹车信号输出端输出于系统控制器的刹车信号输入端，所述系统控制器的电门锁控制输出端输出于电门锁控制电路的电门锁控制输入端，系统控制器接收到转把信号进行相应的调速处理，系统控制器接收到刹车信号进行相应的制动处理，实现了转把和刹车的功能。
[0018]4本发明特别适用于自平衡电动自行车驱动。
【附图说明】
[0019]图1是本发明一种自平衡电动自行车驱动系统的总结构框图；
[0020]图2是本发明一种自平衡电动自行车驱动系统的具体结构框图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明做进一步描述:
[0022]图中:1-控制器系统，2-系统控制器，3-步进电机平衡驱动系统，4-平衡系统控制器，5-陀螺仪检测电路，6-步进电机驱动电路，7-直流无刷电机驱动系统，8-三相互补PffM波发生电路，9-直流无刷电机驱动电路，10-过流检测电路，11-转把刹车系统，12-转把检测电路，13-刹车检测电路，14-电门锁控制电路。
[0023]实施例:
[0024]本实施例包括:如图1、2所示，一种自平衡电动自行车驱动系统，包括控制器系统I，所述控制器系统I包括系统控制器2，其特征在于，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统3，所述步进电机平衡驱动系统3用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡。
[0025]所述控制器系统I还包括平衡系统控制器4。
[0026]所述平衡系统控制器4具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端。
[0027]所述步进电机平衡驱动系统3还包括陀螺仪检测电路5和步进电机驱动电路6。
[0028]所述陀螺仪检测电路5用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路6用于控制车体方向和平衡。
[0029]前叉转把扭动机制:采用控制器和三轴加速度传感器和陀螺仪的实时状态控制伺服电机的转速和方向实现前叉把控制左右自平衡功能。
[0030]所述陀螺仪检测电路5的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器4的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器4的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路6的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器4与系统控制器2通讯。
[0031]陀螺仪的作用是“测量角速度，以判别物体的运动状态。(六轴陀螺仪采用MPU6050)
[0032]加速度传感器:是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件，配合陀螺仪控制器件达到车体实时角度检测实时闭环反馈。
[0033]六轴陀螺仪传感器采用是mpu6050为主芯片，供电电压3.3v，外部配合电容、电阻搭建稳定工作环境，使用I2C通信协议和控制器mj进行数据交互，I2C总线采用4.7K电阻上拉，能够保证数据精度高，无丢包，通信协议稳定可靠。
[0034]所述自平衡电动自行车驱动系统还包括直流无刷电机驱动系统7，所述直流无刷电机驱动系统7包括三相互补PffM波发生电路8、直流无刷电机驱动电路9、过流检测电路10，所述系统控制器2具有三相互补波形输出端、PffM信号输出端、使能信号输出端、刹车信号输出端。
[0035]所述三相互补PWM波发生电路8用于将连续导通的三相互补波形转换为三相互补PWM波形，所述三相互补PWM波发生电路8还用于使能三相互补PWM波形的输出，所述三相互补PWM波发生电路8还用于输出刹车信号。
[0036]六路HVM产生电路采用的是与门、或门和或非门的数字逻辑功能，将三路HVM波形通过波形变换变换为六路互补PWM波，用来驱动直流无刷有感电机驱动电路的前端AH/AL/BH/BL/CH/CL引脚，即可使直流无刷有感电机正常转动。
[0037]所述直流无刷电机控制动力系统和伺服电机控制平衡系统设计。
[0038]直流无刷有感电机驱动电路采用IR2101驱动芯片，其原理为HIN和LIN端输入高电平信号，后端HO和LO输出对应高电平信号。反之，HIN和LIN端输入低电平信号，后端HO和LO输出对应低电平信号。如采用PWM来驱动对应ABC三相桥式逆变电路，便可对直流无刷电机驱动。
[0039]由于通过所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡，所述控制器系统还包括平衡系统控制器，所述平衡系统控制器具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端，所述步进电机平衡驱动系统还包括陀螺仪检测电路和步进电机驱动电路，所述陀螺仪检测电路用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路用于控制车体方向和平衡，所述陀螺仪检测电路的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器与系统控制器通讯，由于在使用时，陀螺仪检测电路通过I2C总线反馈于平衡系统控制器电动车的倾角测量、角度测试、旋转速度等参数，平衡系统控制器输出相应的步进电机驱动器的控制电平，步进电机驱动电路控制步进电机相应的调整，进而实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进，因此具有实用性。
[0040]所述系统控制器2的三相互补波形输出端输出于三相互补PWM波发生电路8的三相互补波形输入端，所述系统控制器2的Pmi信号输出端输出于三相互补Pmi波发生电路8的PWM信号输入端，所述系统控制器2的使能信号输出端输出于三相互补PffM波发生电路8的使能信号输入端，所述系统控制器2的刹车信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路8的刹车信号输入端，所述三相互补P丽波发生电路8的三相互补P丽波信号输出端输出于直流无刷电机驱动电路9的三相互补PffM波信号输入端，所述直流无刷电机驱动电路9的过流信号检测输出端输出于过流检测电路10的过流信号检测输入端。
[0041 ]由于通过所述自平衡电动自行车驱动系统还包括直流无刷电机驱动系统，所述直流无刷电机驱动系统包括三相互补PWM波发生电路、直流无刷电机驱动电路、过流检测电路，所述系统控制器具有三相互补波形输出端、PWM信号输出端、使能信号输出端、刹车信号输出端，所述三相互补PWM波发生电路用于将连续导通的三相互补波形转换为三相互补PWM波形，所述三相互补PWM波发生电路还用于使能三相互补PffM波形的输出，所述三相互补PWM波发生电路还用于输出刹车信号，所述系统控制器的三相互补波形输出端输出于三相互补PWM波发生电路的三相互补波形输入端，所述系统控制器的PWM信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的PWM信号输入端，所述系统控制器的使能信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的使能信号输入端，所述系统控制器的刹车信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的刹车信号输入端，所述三相互补PWM波发生电路的三相互补PWM波信号输出端输出于直流无刷电机驱动电路的三相互补PWM波信号输入端，所述直流无刷电机驱动电路的过流信号检测输出端输出于过流检测电路的过流信号检测输入端，由于根据霍尔状态信号和转把电压信号控制输出不同占空比的Pwm波形控制上桥导通和关断，同时输出与霍尔状态相对应高低电平，用于产生如下互补PWM波形，用于直流无刷电机驱动波形，并通过调节PWM占空比控制电机速度，由于使能信号控制为低电平有效，控制前端信号通过或非门-对后续电路起作用，使能信号控制为高电平无效时，前端电路无法作用后部电路，由于通电导体在磁场中受到力的作用，产生电机转动的反向作用力，使电机处于电磁刹车状态信号，实现了电动车电机的调节和控制。
[0042]所述自平衡电动自行车驱动系统还包括转把刹车系统11，所述转把刹车系统11包括转把检测电路12、刹车检测电路13、电门锁控制电路14，所述转把检测电路12的转把信号输出端输出于系统控制器2的转把信号输入端，所述刹车检测电路13的刹车信号输出端输出于系统控制器2的刹车信号输入端，所述系统控制器2的电门锁控制输出端输出于电门锁控制电路14的电门锁控制输入端。
[0043]由于通过所述自平衡电动自行车驱动系统还包括转把刹车系统，所述转把刹车系统包括转把检测电路、刹车检测电路、电门锁控制电路，所述转把检测电路的转把信号输出端输出于系统控制器的转把信号输入端，所述刹车检测电路的刹车信号输出端输出于系统控制器的刹车信号输入端，所述系统控制器的电门锁控制输出端输出于电门锁控制电路的电门锁控制输入端，系统控制器接收到转把信号进行相应的调速处理，系统控制器接收到刹车信号进行相应的制动处理，实现了转把和刹车的功能。
[0044]如图1所示，通过外部电路系统支持，运用MPU6050测量角速度，以判别物体的运动状态，采用六轴加速度传感器采集自行车车体倾斜和运行状态，配合陀螺仪控制器件达到车体实时角度检测实时闭环反馈。并通过步进电机平衡系统矫正车体前进方向和车体平衡状态，通过转把刹车系统控制车体前进加速和准确刹车，驱动直流无刷电机提供前进动力。
[0045]从功能来看，自平衡自行车系统由智能感应系统以及具有健康数据管理和社交功能的APP组成，将集成传感器、人工智能、自动控制、大数据分析等多项技术，能够根据驾驶者的地理位置、城市路况及环境质量、骑行习惯和个性需求等因素综合分析，自动规划定制化路径，并通过多维传感器采集用户骑行信息，如心率、里程、踏频、速度、卡路里消耗等。
[0046]工作原理:本发明通过所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡，所述控制器系统还包括平衡系统控制器，所述平衡系统控制器具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端，所述步进电机平衡驱动系统还包括陀螺仪检测电路和步进电机驱动电路，所述陀螺仪检测电路用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路用于控制车体方向和平衡，所述陀螺仪检测电路的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器与系统控制器通讯，由于在使用时，陀螺仪检测电路通过I2C总线反馈于平衡系统控制器电动车的倾角测量、角度测试、旋转速度等参数，平衡系统控制器输出相应的步进电机驱动器的控制电平，步进电机驱动电路控制步进电机相应的调整，进而实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进，从整体上说，本发明解决了现有技术无法实现电动自行车无外部人为干预条件下独立保持平衡前进的问题，具有实用性好、实现了电动车电机的调节和控制、实现了转把和刹车的功能、适用于自平衡电动自行车驱动的有益技术效果。
[0047]利用本发明的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种自平衡电动自行车驱动系统，包括控制器系统，所述控制器系统包括系统控制器，其特征在于，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括步进电机平衡驱动系统，所述步进电机平衡驱动系统用于通过实时采集角速度和倾斜度判断车体运行状态并控制车体方向和平衡。2.根据权利要求1所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述控制器系统还包括平衡系统控制器。3.根据权利要求2所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述平衡系统控制器具有陀螺仪检测信号输入端和步进电机驱动控制输出端。4.根据权利要求3所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述步进电机平衡驱动系统还包括陀螺仪检测电路和步进电机驱动电路。5.根据权利要求4所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述陀螺仪检测电路用于实时采集角速度和倾斜度，所述步进电机驱动电路用于控制车体方向和平衡。6.根据权利要求5所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述陀螺仪检测电路的陀螺仪检测信号输出端输出于平衡系统控制器的陀螺仪检测信号输入端，所述平衡系统控制器的步进电机驱动控制输出端输出于步进电机驱动电路的步进电机驱动控制输入端，所述平衡系统控制器与系统控制器通讯。7.根据权利要求1所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括直流无刷电机驱动系统，所述直流无刷电机驱动系统包括三相互补PWM波发生电路、直流无刷电机驱动电路、过流检测电路，所述系统控制器具有三相互补波形输出端、PWM信号输出端、使能信号输出端、刹车信号输出端。8.根据权利要求7所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述三相互补PWM波发生电路用于将连续导通的三相互补波形转换为三相互补PWM波形，所述三相互补PWM波发生电路还用于使能三相互补PWM波形的输出，所述三相互补PWM波发生电路还用于输出刹车信号。9.根据权利要求8所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述系统控制器的三相互补波形输出端输出于三相互补PWM波发生电路的三相互补波形输入端，所述系统控制器的PWM信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的PWM信号输入端，所述系统控制器的使能信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的使能信号输入端，所述系统控制器的刹车信号输出端输出于三相互补PWM波发生电路的刹车信号输入端，所述三相互补PWM波发生电路的三相互补PWM波信号输出端输出于直流无刷电机驱动电路的三相互补PWM波信号输入端，所述直流无刷电机驱动电路的过流信号检测输出端输出于过流检测电路的过流信号检测输入端。10.根据权利要求1所述的一种自平衡电动自行车驱动系统，其特征在于，所述自平衡电动自行车驱动系统还包括转把刹车系统，所述转把刹车系统包括转把检测电路、刹车检测电路、电门锁控制电路，所述转把检测电路的转把信号输出端输出于系统控制器的转把信号输入端，所述刹车检测电路的刹车信号输出端输出于系统控制器的刹车信号输入端，所述系统控制器的电门锁控制输出端输出于电门锁控制电路的电门锁控制输入端。
【文档编号】B62K11/00GK106080942SQ201610662161
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610662161.6, CN 106080942 A, CN 106080942A, CN 201610662161, CN-A-106080942, CN106080942 A, CN106080942A, CN201610662161, CN201610662161.6
【发明人】张一眀
【申请人】奎泽范(天津)科技发展有限公司