[其他]自控平衡兩輪車

無效

• 申請號: 87216196
• 申請日: 1987-12-06
• 公開（公告）號: CN87216196U
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 吳立普
• 申請（專利權）人: 吳立普
• 主分類號: B62K3/00
• 分類號: B62K3/00;B62K11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域為：兩輪車，自控平衡技術。

現行裝有前后兩輪的車輛，如自行車、摩托車等，在行駛過程中，都是由騎車者操縱車把，調節前輪轉向。利用車輛質心的離心力和重力在水平方向的分力相互平衡，使兩輪車在運動中保持平衡，而不傾倒。一般騎車者要有一定的操縱車把、保持平衡的技巧。

在自行車和摩托車的前叉方面，有過一些改進設計和發明，如英國專利B62K－25／04，GB2130983A自行車前輪懸架，等等。但還沒有一種自動控制前輪轉向，自動調節兩輪車平衡的裝置及車輛。市售的的玩具摩托車，后輪邊還裝有兩只小輪子，實質是四輪車。

本發明的目的，是提供一種前后裝有兩個輪子，不需要人來控制平衡便能行駛的兩輪車。

本發明的自控平衡系統，可取代人來操縱車把和調節重心平衡。該系統自動控制兩輪車在運動中保持平衡，可以作為自控自行車。更為合適的是作為搖控賽車或玩具。成為一項體育活動項目。其操縱難度和趣味性可與各類航模相當。

自控平衡系統，見圖1，主要由力敏平衡傳感器、電子放大器和力矩電機組成。通過自動控制前輪的轉向，調節兩輪車的重心偏移，保持平衡。另外由搖控發射機和接收機控制轉向電磁鐵，控制兩輪車總的行駛方向，以及控制兩輪車前進的速度。

自動控制過程是這樣的，當兩輪車在運動中向某一側傾斜時，力敏平衡傳感器圖2（9、10）便感知到一個電信號。這個電信號與兩輪車傾斜角度成正比，該電信號經電子放大器（13）放大后，驅動一個裝在前輪前叉上的力矩電機（7），使兩輪車向傾斜側轉向。兩輪車在轉向時產生的離心力使兩輪車復正。這樣達到自動控制平衡的目的。

力敏平衡傳感器是兩輪車的一個重要部件。如圖5所示，由彈性片（9）和電阻應變片（10）組成。在下部帶有重塊（11）。彈性片上端固定在車架上。

在彈性片（9）上所粘貼的電阻應變片（10）被接成如圖6所示的電橋。R₁、R₂為電阻應變片，貼在彈性片（9）的兩個面上。R₃、R₄是固定電阻。阻值與應變片相同。V_i表示電橋輸出的傾斜量電信號。該信號接入電子放大器（13）內。E是供電橋工作的電源。

電子放大器可以是現有的各類直流放大器。一般采用多級差動放大器便可達到控制系統的要求，把由電橋輸出的信號放大到足以驅動力矩電機轉動。

力矩電機是自控平衡系統的執行機構。圖2中（5）是力矩電機的底板，裝在前叉座（4）上，（6）是力矩電機的定子。（8）是定子線圈。（7）是力矩電機轉子，轉子軸便是前叉（3）。圖3給出了力矩電機的剖視圖和俯視圖。轉子（7）由永磁體制成，N、S表示磁極性。當定子線圈（8）中的電流消失后，復位游絲（19）使轉子（7）復位。

為了使兩輪車達到較高的穩定性和可控性，兩輪車前叉（3）的前傾角設計得較大。這個角度比自行車和摩托車的前叉傾角略大，有利于前輪保持自直線運動。

兩輪車的驅動，采用輸出功率與兩輪車自身重量相配匹的電機或內燃機來驅動，使兩輪車有一個合適的前進速度。

兩輪車的重心平衡由自控平衡系統來完成。但兩輪車總的運動方向還應受人的意識控制，這有三種控制方法。

（1）、由操縱者直接轉動車把，達到轉向的目的。但這樣的控制會打亂兩輪車的自控平衡系統。

（2）、在力矩電機中并入轉向控制電流，無需由人直接轉動車把。轉向控制電流由無線電搖控機來控制，達到無人駕駛的目的。

（3）、轉向控制借助力敏平衡傳感器來執行，做到轉向控制與自控平衡系統無觸點連接。要達到這個目的，將力敏平衡傳感器下部的重塊（11）由永磁體代替，圖5所示。并在永磁體（11）的邊上，間隔適當的距離，裝上一個電磁鐵（12）。該距離的大小為：當電磁鐵中沒有激磁電流時，電磁鐵的鐵芯與永磁體（11）之間沒有明顯作用力的最小距離。轉向電磁鐵（12）由搖控接收機控制。當搖控發射機發出一個轉向信號，接收機收到并經放大，輸出給轉向電磁鐵（12），由于電磁力的作用，迫使彈性片產生一個附加應變，使力敏平衡傳感器輸出一個電信號，該信號經電子放大器（13）放大，驅動力矩電機傳動，達到兩輪車轉向的目的。

圖1是自動控制系統原理框圖。