一种平衡车骑行安全测试机的制作方法

本申请涉及平衡车安全检测领域，特别是涉及一种平衡车骑行安全测试机。

背景技术：

近年来，一种以计算机自动控制前后平衡的新产品发展相当迅速，该产品有多种类型，可以简单划分为三代产品。

第一代产品称作思维车，左右双轮双电机带转向控制扶把；第二代产品称作电动独轮车或独轮平衡车，由单电机驱动控制；第三代产品即目前市场上比较流行的平衡车，又称电动平衡车、电动平衡扭扭车或双轮无杆人机互动车，平衡车由左右双轮体感控制方向。

所有的三代产品都可以用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型绿色环保产物。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。

2015年因为缺乏相关标准，部分厂家肆意仿冒，为追求经济利益不惜使用劣质元器件，以牺牲产品质量换取高额的利润，在主要零配件上以次充好、偷工减料，使车辆丧失安全保护功能，这样的仿品结果导致电动平衡车极易出现行驶中突然断电，摔伤使用者，更严重的可能在充电时发生爆炸等问题。目前公开报道的电动平衡车爆炸事件就有英国、香港、美国等地的50余起充电过程中电池爆燃起火。国内也发生多起因使用不当造成的人身伤害事故。

2016年国内外多个机构先后制定了多个相关的测试标准，先有UL2272提出侧重于平衡车的整车电器安全和电池安全方面的测试方法，后有广东省地方标准：《电动两轮平衡车通用技术条件》DB44/T1884-2016提出了采用人力骑行测试的平衡车骑行安全测试方法，该测试方法对测试人员的骑行技术有极高的要求。并且，测试属于极限性能测试，相当危险，试验经常会发生测试人员摔倒的意外。由于需要测试人员实地骑行进行测试，一方面，测试结果受测试人员自身技术或测试时的状态影响，也受测试环境影响，重复性、准确性较差；另一方面，由于测试本身的危险性，导致测试人员不敢全力测试，以至于测试结果不能真正反映平衡车的性能，同样也使得测试结果无法再现，重复性差。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种改进的新的平衡车骑行安全测试机。

本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种平衡车骑行安全测试机，包括底座、左测试轮组、右测试轮组、磁粉阻力器组、扭矩传感器组、电动卷扬机和电控箱；左测试轮组和右测试轮组独立的并排安装在底座上；左测试轮组包括平行设置的左主从动轮和左副从动轮，主副从动轮之间的间距可调，其中，左主从动轮表面粗糙；右测试轮组包括平行设置的右主从动轮和右副从动轮，主副从动轮之间的间距可调，右主从动轮与左主从动轮在同一轴线上，右副从动轮与左副从动轮在同一轴线上，其中，右主从动轮表面粗糙；两个副从动轮的表面光滑；磁粉阻力器组由左磁粉阻力器和右磁粉阻力器组成，两个磁粉阻力器以同轴连轴器的方式分别安装在左右两个主从动轮的转轴上，即左磁粉阻力器安装在左主从动轮的转轴上，右磁粉阻力器安装在右主从动轮的转轴上；扭矩传感器组由左扭矩传感器和右扭矩传感器组成，两个扭矩传感器以同轴连轴器的方式分别安装在左右两个主从动轮的转轴上，即左扭矩传感器安装在左主从动轮的转轴上，右扭矩传感器安装在右主从动轮的转轴上；底座的两侧有竖立支架，竖立支架的顶端支撑一个横梁，横梁上设置有与左测试轮组和右测试轮组都平行的横向轨道，横向轨道上安装有一个与横向轨道垂直的纵向导轨架，纵向导轨架上设有纵向轨道，电动卷扬机安装在纵向轨道上，电动卷扬机在独立电机驱动下可以沿纵向轨道活动，纵向导轨架在独立电机驱动下可以沿横向轨道活动；在测试的初始状态，电动卷扬机位于左测试轮组和右测试轮组中心位置的正上方；电控箱分别与各驱动电机、磁粉阻力器组和扭矩传感器组电连接或信号连接，独立的控制各驱动电机、磁粉阻力器组和扭矩传感器组运行。其中各驱动电机主要是指控制电动卷扬机及其位移的驱动电机；以及在后续的优选方案中控制砝码支架倾斜的电机。

使用时，将平衡车放置在本申请的骑行安全测试机上，平衡车的左右轮分别置于左测试轮组和右测试轮组，然后通过电动卷扬机加载重物，以重物模拟人站在平衡车上。测试时，两个主从动轮在平衡车行驶时提供闭环控制的阻力扭矩，模拟平衡车分别在水平路面和爬坡路面的行驶状态，用以测试平衡车在特定车速下的行驶安全表现、最高车速、爬坡动力性能、各种安全警报和安全限制。为了减少不被检测到的额外阻力，本申请的磁粉阻力器、扭矩传感器都是以同轴连轴器的方式直接安装在主从动轮的转轴上，这样可以减去额外皮带传动带来的传动阻力，也可以避免皮带打滑所带来的转速测量不准。

其中，主从动轮表面粗糙，可以防止平衡车车轮与主从动轮表面出现打滑，保证阻力力矩能传递到平衡车电机。副从动轮以光滑的表面制成，低转的惯量，仅仅用以辅助限制车轮的前后移动。副从动轮可以根据平衡车轮子直径的大小调节相对于主从动轮的轴距，以确保平衡车轮子能准确卡在主、副从动轮之间。本申请的测试机中，两个主从动轮都是由被测试的电动平衡车的轮子驱动，测试机的两个主从动轮和两个副从动轮自身都是不带动力的。

此外，横向轨道和纵向轨道的设计，一方面，可以针对不同的平衡车，将加载的重物准确的放置在平衡车的承载位置，另一方面，通过移动电动卷扬机拉扯重物可以微调模拟人站在平衡车上调整重心或重心倾斜的情况，令平衡车可以向前或向后加速、减速或者制动。不过，为了更为准确的模拟人脚的前后倾斜角度，本申请的优选方案中，采用了一个特别设计的砝码支架，详细如下。

需要说明的是，本申请的平衡车骑行安全测试机中，电控箱作用是根据预定程序实测车速的数据协调模拟人站在平衡车上调整重心或重心倾斜的情况，例如在后续的优选方案中，协调电动伸缩器的伸缩端将调节支架面的倾斜程度，并根据设定的爬坡坡度动态设定阻力扭矩。

优选的，电动卷扬机的活动端连接一个砝码支架，砝码支架由支架座、支架面和多个电动伸缩器组成，电动伸缩器竖立的安装在支架座上，电动伸缩器的伸缩端将支架面支撑起来，可调节支架面的倾斜程度。

需要说明的是，本申请的砝码支架能模拟人脚的前后倾斜角度，结合可变重量的加载重物和可调节底部角度的砝码支架，有效的模拟测试人骑行操控平衡车，令平衡车向前或向后加速、减速或者制动。本申请采用电动伸缩器控制倾斜角度，一方面，控制更加精确；另一方面，电动伸缩不会因为震动或其它动态因素导致力值不准。

在本申请的一种实现方式中，支架面由三个支撑杆撑起，其中两个支撑杆的连线平行于左测试轮组和右测试轮组，这两个支撑杆与支架面呈活动连接，允许支撑面转动，而另一个支撑杆则为电动伸缩器，通过控制电动伸缩器的伸缩，可以使加载重物向前或向后倾斜。采用一个电动伸缩器的好处是，一方面节约成本，另一方面有两个固定的支撑杆，稳定性更好。当然，根据不同的使用需求，也可以采用三个电动伸缩器或者更多个，这样能够更好的模拟人站在平衡车上的重心调整，不仅仅是前后倾斜。

优选的，本申请的平衡车骑行安全测试机，还包括触控显示屏，触控显示屏与电控箱电连接或信号连接，用于显示人机交互界面。

优选的，本申请的平衡车骑行安全测试机，还包括配套使用的标准砝码，使用时，标准砝码放置于电动卷扬机的活动端。

需要说明的是，本申请的平衡车骑行安全测试机，只要向平衡车加载重物即可模拟人站在平衡车上的情况，但是，为了能够获得更为准确的测量结果，本申请的优选方案中提供了配套的标准砝码，以保障测量结果的准确性和一致性。

优选的，本申请的平衡车骑行安全测试机还包括平衡车上落斜面，上落斜面的顶端平台与左测试轮组和右测试轮组的高度齐平。

需要说明的是，平衡车的重量比较大，因此，操作时，为了方便将平衡车放到左测试轮组和右测试轮组上，设计了一个平衡车上落斜面，通过该上落斜面，可以人工或者由机械手将平衡车推上去，方便平衡车的放置或取出。

本申请的有益效果在于：

本申请的平衡车骑行安全测试机，无需测试人员实践骑行平衡车，能够模拟平衡车在水平路面或爬坡路面的行驶状态，测试平衡车在特定车速下的行驶安全表现、最高车速、爬坡动力性能、各种安全警报和安全限制；为平衡车的性能测试提供了一种更加准确，且重复性好的检测设备。

附图说明

图1是本申请实施例中平衡车骑行安全测试机的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中平衡车骑行安全测试机的拆分结构示意图；

图3是本申请实施例中平衡车骑行安全测试机的砝码支架使用状态和调整倾斜角度时的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

本例的平衡车骑行安全测试机，如图1和图2所示，包括底座1、左测试轮组、右测试轮组、磁粉阻力器组、扭矩传感器组、电动卷扬机6和电控箱7。其中，左测试轮组和右测试轮组独立的并排安装在底座1上。

左测试轮组包括平行设置的左主从动轮21和左副从动轮22，并且，主副从动轮之间的间距可调，其中，左主从动轮21表面粗糙。右测试轮组包括平行设置的右主从动轮31和右副从动轮32，主副从动轮之间的间距可调，并且，右主从动轮31与左主从动轮21在同一轴线上，左副从动轮32与左副从动轮22在同一轴线上，其中，右主从动轮31表面粗糙。左测试轮组和右测试轮组是用于放置平衡车车轮的，在测试时，平衡车直接放在左测试轮组和右测试轮组上，左测试轮组和右测试轮组分别与平衡车的两个车轮紧密接触配合车轮转动。而表面粗糙的左主从动轮21和右主从动轮31则用于模拟路面，防止平衡车车轮打滑；左副从动轮22和右副从动轮32以光滑的表面制成，仅仅用以辅助限制车轮的前后移动。

本例的磁粉阻力器组由左磁粉阻力器41和右磁粉阻力器42组成，两个磁粉阻力器以同轴连轴器的方式分别安装在左右两个主从动轮的转轴上；左磁粉阻力器41安装在左主从动轮21的转轴上，右磁粉阻力器42安装在右主从动轮31的转轴上。磁粉阻力器的作用是起到刹车和阻力的作用，用于模拟不同路况下的路面阻力，通过调整磁粉阻力器的阻力输出，可以动态模拟真实的路况。

本例的扭矩传感器组由左扭矩传感器51和右扭矩传感器52组成，两个扭矩传感器以同轴连轴器的方式分别安装在左右两个主从动轮的转轴上；左扭矩传感器51安装在左主从动轮21的转轴上，右扭矩传感器52安装在右主从动轮31的转轴上。扭矩传感器的作用是精确测量阻力扭矩，确切知道平衡车两个车轮实时的阻力值，以便准确的做爬坡模拟，路况模拟。并且，本例采用的扭矩传感器都是内部附带转速传感器的。

本例的平衡车骑行安全测试机，其底座1的两侧有竖立支架01、02，竖立支架01、02的顶端支撑一个横梁03，横梁03上设置有与左测试轮组和右测试轮组都平行的横向轨道，横向轨道上安装有一个与横向轨道垂直的纵向导轨架04，纵向导轨架04上设有纵向轨道，电动卷扬机6安装在纵向轨道上，电动卷扬机6在独立电机驱动下可以沿纵向轨道活动，纵向导轨架04在独立电机驱动下可以沿横向轨道活动；在测试的初始状态，电动卷扬机6位于左测试轮组和右测试轮组中心位置的正上方。

通过横向轨道和纵向轨道的位置调整，可以调整电动卷扬机6的位置。电动卷扬机6的作用是吊起记载重物，以方便将加载重物准确的放置在待测的平衡车的承载位置上。

本例的电控箱7分别与各驱动电机、磁粉阻力器组和扭矩传感器组电连接或信号连接，独立的控制各驱动电机、磁粉阻力器组和扭矩传感器组运行。例如通过电控箱7协调控制电动卷扬机6将砝码放置到待测平衡车上，又如协调控制砝码支架8的电动伸缩器83，模拟人站在平衡车上的情况。

本例的平衡车骑行安全测试机，为了使用方便，保障测量的准确性和一致性，提供了一系列配套的标准砝码10，标准砝码由1kg、2kg、5kg、10kg、20kg和50kg的砝码各两个组成，可以模拟不同重量的小孩和大人的体重。

此外，为了模拟人站在平衡车上时的重心偏移，本例进一步的在电动卷扬机6的活动端连接一个砝码支架8，如图3所示，砝码支架8由支架座81、支架面82和三个支撑杆组成，三个支撑杆竖立的安装在支架座81上，将支架面82撑起，其中两个支撑杆的连线平行于左测试轮组和右测试轮组，这两个支撑杆与支架面81呈活动连接，允许支撑面81沿支点转动，而另一个支撑杆为电动伸缩器83，通过控制电动伸缩器83的伸缩，可以使加载重物向前或向后倾斜。

为了方便使用，本例的平衡车骑行安全测试机，还包括触控显示屏9，触控显示屏9与电控箱7电连接或信号连接，用于显示人机交互界面和测试结果。

此外，考虑到平衡车的重量比较大，因此，操作时，为了方便将平衡车放到左测试轮组和右测试轮组上，设计了一个平衡车上落斜面11，通过该上落斜面11，可以人工或者由机械手将平衡车推上去，方便平衡车的放置或取出。上落斜面11放置在两个副从动轮的一侧。而在两个主从动轮的一侧，在底板上竖立向上延伸出后部阻挡平台12，后部阻挡平台12与两个主从动轮之间留有间隙，避免后部阻挡平台12对平衡车的测试造成影响，并且，后部阻挡平台12的高度高于两个主从动轮，以避免平衡车冲出去，起到一定的阻挡作用。

本例的平衡车骑行安全测试机可以替代人力骑行准确的测量平衡车的最高车速、爬坡能力、过速保护、急加速保护等危险测试项目。适用于广东省地方标准：《电动两轮平衡车通用技术条件》DB44/T1884-2016内以人力骑行测试的相关项目。

本例的平衡车骑行安全测试机，使用过程如下：

a)按照设定的重量标准将砝码10放到砝码支架的支架面82上，利用设备上的电动卷扬机将砝码和砝码支架拉起；

b)将待测平衡车13样品放置于左测试轮组和右测试轮组上，如图3所示，使其两个车轮131分别卡在左测试轮组和右测试轮组的主副从动轮2、3上；

c)控制电动卷扬机将放置砝码的砝码支架放下，压在平衡车13的脚踏平面132上，启动平衡车；

d)启动测试机，测试机控制砝码支架的电动伸缩器，自动调节底部的角度，使平衡车向前轻微倾斜，平衡车在倾斜的同时，控制系统给左右主从动轮加载模拟路况的阻力扭矩；

e)电动平衡车会根据自身的倾斜角度，向相应的方向加速；

f)持续控制电动伸缩器伸出，增大角度，直到平衡车出现设计限速保护措施，根据装在左右主从动轮上的扭矩传感器，可以得出限速保护的限速速度；继续控制电动伸缩器伸出，增大角度，直至平衡车自动关机，可得出平衡车自动关机时的速度，即最高车速；

g)根据路况或准确的坡度计算相应的阻力力矩，通过扭力传感器采集的扭矩实时闭环调节装在左右主从动轮上的磁粉阻力器输出准确的阻力扭矩，可以准确的模拟平路和爬坡的路况。

本例的平衡车骑行安全测试机，用砝码做负载，以一个电动伸缩器伸缩做调整角度，负载更稳定，动态过程力值也更准确。并且，采用连轴器直接连接磁粉阻力器，没有额外的传动机构。本例的平衡车骑行安全测试机，由于采用了扭矩传感器，可精确控制扭矩大小，实现闭环控制，通过精确的计算可以动态模拟真实的路况，可以确切知道阻力值，准确做爬坡模拟，路况模拟。此外，本例的平衡车骑行安全测试机中，左测试轮组和右测试轮组的主副从动轮之间的轴距可调节，可适应不同大小的平衡车轮子直径。本例的平衡车骑行安全测试机，无需测试人员实践骑行平衡车，能够准确的模拟平衡车在水平路面或爬坡路面的行驶状态，测试平衡车在特定车速下的行驶安全表现、最高车速、爬坡动力性能、各种安全警报和安全限制；为平衡车的性能测试提供了一种更加准确，且重复性好的检测设备。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。