[发明专利]一种车辆自平衡系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种车辆自平衡系统及其控制方法，包括电池组、传感器、控制器、稳定器，其中稳定器包括：电动机、基座、转子盘、轴承、电动机转轴，稳定器固定在车身上，转子盘与电动机转轴固定连接，电动机固定在稳定器的基座上。本发明利用稳定器施加在车身上的控制力矩来调节车辆的平衡。原理是当车身倾斜时，传感器将车身倾斜信号反馈给控制器，控制器控制稳定器的电动机旋转方向和输出转矩，电动机带动转子盘旋转，根据作用力与反作用力原理，转子盘对电动机产生大小相同、方向相反的反作用力矩，将此反作用力矩作为控制力矩作用在车身上，使车辆保持平衡。

技术领域

本发明涉及车辆自平衡系统，具体涉及一种异轴两轮自平衡车的自平衡控制。

背景技术

随着城市的交通状况日益拥挤，以及人们的环境保护意识不断提高，像自行车、电动自行车这些异轴两轮车在市面上很受欢迎。这类两轮车的特点是两个轮子前后布置、不共轴，在行驶中依靠骑行者控制前轮转角实现动态平衡。但是，在低速和静止状态下这类两轮车很难实现平衡，因此需要设计成敞开式的结构，以便骑行者可以用双脚支撑保持平衡和安全。为此，需要一种车辆自平衡系统，既能兼顾异轴两轮车方便快捷的优点，又能保证舒适安全。

目前，国内外解决异轴两轮车自平衡问题采用的是陀螺稳定器原理。该种方法的造价高、耗能大、结构复杂、控制方法实现困难，而且一般需要成对布置陀螺仪以抵消陀螺稳定器对车身竖直方向的转矩。力学上，根据作用力和反作用力原理，车辆向外部施加作用力矩可以得到反作用力矩，将此反作用力矩作为平衡所需的控制力矩能够实现车辆自平衡。所以，根据电动机在低转速也能产生较大转矩这一特点，可以通过增大电动机转子转动惯量，利用转子对电动机的反作用力矩调节车辆平衡。

发明内容

技术问题：本发明提供一种利用电动机反作用力矩作为平衡控制力矩的车辆自平衡系统及其控制方法。

技术方案：本发明的一种车辆自平衡系统及其控制方法，其特征在于包括电池组、传感器、控制器、稳定器；其中稳定器包括：电动机、基座、转子盘、轴承、电动机转轴；电动机固定在基座上，转子盘固定在电动机转轴上，电动机转轴与电动机的转子相连，轴承固定在基座上，轴承的内圈与电动机转轴末端配合；稳定器与车身固定连接，传感器固定在车身上，并通过导线与控制器相连，控制器通过导线与稳定器相连，电池组通过导线与控制器相连。

本发明中，所述稳定器与车身固连，所述稳定器中的电动机转轴的轴向与车辆前进方向即车长方向相同或者平行。

本发明中，所述转子盘为轴对称、动平衡结构，用来增大电动机转子的转动惯量。转子盘通过电动机转轴与电动机的转子相连，受到转子的转矩作用。

本发明中，电池组固定在车身上或者固定在转子盘上起到增加转子转动惯量的作用。

本发明中，传感器将车身倾斜角度、角速度、车速和前轮转角信号通过导线传输给控制器，控制器采用合适的控制策略调节电动机的旋转方向和输出转矩。

本发明中，电动机可带动转子盘进行顺时针或逆时针转动，转子盘反作用于电动机，产生沿着电动机转轴的轴向的控制力矩或者相反方向的控制力矩。

本发明描述了一种车辆自平衡系统及其控制方法，利用所述自平衡系统施加在车架上的控制力矩来调节车辆的平衡。主要是当车辆倾斜时，传感器将车辆倾斜信号反馈给控制器，控制器控制电动机的旋转方向和输出转矩，并带动转子盘旋转，根据作用力与反作用力原理，转子盘对电动机产生大小相同、方向相反的反作用力矩，反作用力矩作为控制力矩施加到车架上使车辆保持平衡。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点，本发明所述的一种车辆自平衡系统结构简单，核心稳定器部分为一个电动机和转子盘，转子盘的作用是增大转子的转动惯量，而且电动机的转子和转子盘不需要高速旋转，节省能耗，陀螺效应很小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。