一种独立悬挂平衡车的制作方法

[0001]
本发明涉及两轮平衡车技术领域，特别是涉及一种独立悬挂平衡车。


背景技术：

[0002]
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。平衡车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。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。
[0003]
平衡车通常包括有主机架、驱动电池、控制电路板、两个轮毂电机等。其中，现有的平衡车中，支架为了能够拥有较强的刚性受力结构，往往将支架设计得比较紧实，牺牲了其弹性结构设计，导致平衡车整体避震效果较差，存在用户体验较差的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是：提供一种独立悬挂平衡车，当行驶至路面有障碍物时，通过伺服电机控制车轮上移或下移，使得车架保持平行稳定状态，避免驾驶者在行驶过程中发生翻倒等情况。
[0005]
为了实现上述目的，本发明提供了一种独立悬挂平衡车，包括：车架、控制器、悬挂减震机构、两个驱动电机及两个车轮；
[0006]
所述控制器安装于所述车架上；
[0007]
所述悬挂减震机构包括架体、安装座及弹性件，所述架体分别安装于所述车架的左、右两侧，所述弹性件的一端与所述架体连接，另一端与所述安装座连接；
[0008]
各所述驱动电机的固定轴别与其中一所述安装座对应连接，且所述的驱动电机与所述控制器电连接；
[0009]
各所述车轮分别与其中一所述驱动电机的动力输出端连接；
[0010]
其中，所述弹性件能够在所述车轮受到不平路面冲击时弹性带动所述安装座及所述车轮相对于所述车架被动上移或下移。
[0011]
在一些实施例中，所述悬挂减震机构还包括伺服电机，所述伺服电机安装于所述架体的侧部，且与所述控制器电连接，所述伺服电机的动力输出端与所述弹性件连接；
[0012]
其中，所述控制器能够控制所述伺服电机转动，进而驱动所述弹性件上移或下移，使得所述安装座主动上移或下移。
[0013]
在一些实施例中，还包括水平传感器，所述水平传感器安装于所述车架上或者所述控制器里面，用于检测所述车架的左、右两端的水平高度，所述水平传感器与所述控制器电连接；其中，当所述水平传感器检测到所述车架左、右两端水平高度不一致时，所述控制器控制处于所述车架高的一端的所述伺服电机驱动弹性件上下移，使得所述安装座及所述车轮上下移。
[0014]
在一些实施例中，所述弹性件在所述车架的左侧或者右侧均设置有两个，且所述弹性件均为圆柱形；所述安装座开设有与所述弹性件一一对应连接的连接孔。
[0015]
在一些实施例中，所述伺服电机设置有两个或者四个；其中，设置两个伺服电机时，各所述伺服电机分别设置于左、右两侧的所述架体上，其一所述伺服电机驱动同一侧的两个所述弹性件伸缩；设置四个伺服电机时，各所述架体上分别设置两个所述伺服电机，各所述伺服电机与所述弹性件一一对应连接，一个所述伺服电机对应驱动一个所述弹性件伸缩。
[0016]
在一些实施例中，还包括两个安装板，各所述安装板分别转动安装于所述车架的左、右两侧，所述安装板上开设有与所述架体配合连接的导向槽。
[0017]
在一些实施例中，所述悬挂减震机构还包括固定板，所述固定板与所述安装板固定连接，所述固定板开设有与所述导向槽相对应的固定槽，所述固定槽与所述导向槽之间限定形成安装孔，所述架体安装于所述安装孔上。
[0018]
在一些实施例中，所述车架上安装有用于检测所述车架转向的角度传感器，所述角度传感器与所述控制器电连接；
[0019]
其中，当所述角度传感器检测到所述车架产生转向角度时，所述控制器分别控制所述各所述驱动电机的转动速度不同，以形成差速实现转向。
[0020]
在一些实施例中，所述车架包括：
[0021]
第一架体，用于供使用者站立；
[0022]
第二架体，所述第二架体对应间隔设置于所述第一架体的下方；两个所述车轮分别转动安装于所述第一架体的左、右两侧，并分别与所述第二架体的左、右两侧转动连接；
[0023]
车把组件，所述车把组件分别转动安装于所述第一架体和所述第二架体；其中，所述车把组件左、右摆动时，所述第一架体能够跟随所述车把组件相对于所述第二架体左、右平行移动；
[0024]
弹性部件，所述弹性部件的一端与所述第一架体连接，另一端与所述第二架体连接；其中，当所述第一架体相对于所述第二架体发生左、右平行移动后，通过所述弹性部件能够驱使所述第一架体自动复位。
[0025]
在一些实施例中，所述车把组件与所述第一架体之间连接有能够使得所述第一架体自动摆动回位的第一回中机构。
[0026]
在一些实施例中，所述车把组件包括联动件及车把，所述联动件分别与所述第一架体和所述第二架体转动连接，所述车把旋转安装于所述联动件的顶端；所述联动件与所述车把之间连接有能够使得所述车把相对于联动件自动旋转回位的第二回中机构。
[0027]
在一些实施例中，所述第一架体包括承重板以及两根第一安装杆，所述第一安装杆分别设置于所述承重板的前后两侧；所述第二架体包括连接板以及两根第二安装杆，所述第二安装杆分别设置于所述连接板两侧，所述连接板对应设置在所述承重板的下方，两根所述第二安装杆分别位于两根所述第一安装杆下方；所述联动件分别与同一侧的所述第一安装杆和所述第二安装杆转动连接。
[0028]
在一些实施例中，所述弹性部件至少设置有四个，且分别位于所述第一架体的底部四个端角处。
[0029]
本发明提出的一种独立悬挂平衡车与现有技术相比，其有益效果在于：当独立悬
挂平衡车行驶在非水平的复杂路面时，悬挂减震机构因悬挂弹性件伸缩单独跳动而减震，并将侧翻的可能性大幅减少，当车体发生左右倾斜，控制器将左右水平传感器捕捉到的倾角转换成驱动信号驱动伺服电机，伺服电机转动将弹性件上升或下移，用于修正车体倾斜，进一步保证驾驶稳定和安全；当使用者站在第一架体上，第一架体和第二架体之间通过车把左右摆动联动产生平行四边形变形，面对行驶在左右高低落差的路面和高速转向时，第一架体能和人体保持同一姿势，从而防止高低落差时侧翻，同时悬挂减震机构降低独立悬挂平衡车的震动，保证独立悬挂平衡车在行驶过程中保持相对稳定的状态；通过第一角度传感器检测第一架体以及其联动的所述车把的摆动角度，以及第二角度传感器检测车把的旋转角度，控制器通过处理第一角度传感器和第二角度传感器检测到的角度信息后控制动力组件进行相应的动作，动力组件产生驱动速度差，从而实现独立悬挂平衡车的转向；当第一架体与第二架体之间产生平行四边形变形后，连接在两者之间的弹性部件会由于变形产生弹性变形，当恢复直线行驶且路面平稳时，弹性部件通过弹力将第一架体复位至第二架体的正上方，至此完成一次弹性形变；车架的整体在联动件的干涉作用下，只能向前进、后退方向同平面的垂直方向上进行左右摇摆、弹性变形，不能在前进、后退的方向上进行前后摇摆、弹性变形，如此的结构限制，不仅大大增强了车架整体的刚性强度，还提高了使用者的驾驶稳定性，避免了使用者在驾驶的过程中，因路面情况或意外受力，导致身体前倾或后倾而翻倒，具有较强的实用性；车架在受力变形时，前后变形面将呈现出平行四边形的结构变形，该结构的设置能够优化车架整体的受力状况，对车架整体稳定性具有较大的贡献度。
附图说明
[0030]
图1是本发明的独立悬挂平衡车整体结构示意图；
[0031]
图2是本发明的独立悬挂平衡车结构爆炸示意图；
[0032]
图3是本发明的第一架体结构示意图；
[0033]
图4是本发明的第二架体结构示意图；
[0034]
图5是本发明的独立悬挂平衡车高速右转向状态示意图；
[0035]
图6是本发明的独立悬挂平衡车高速左转向状态示意图；
[0036]
图7是本发明的独立悬挂平衡车缓冲减震状态示意图一；
[0037]
图8是本发明的独立悬挂平衡车缓冲减震状态示意图二。
[0038]
图中，110、车架；1、第一架体；101、承重板；102、第一安装杆；2、第二架体；201、安装板；202、第二安装杆；3、电池组；4、车把组件；401、车把；402、连接杆；403、联动件；5、弹性部件；6、连接件；7、控制器；8、第二角度传感器；9、第一角度传感器；10、第一安装槽；11、悬挂减震机构；1101、安装座；1102、弹性件；1103、伺服电机；1104、架体；1105、固定板；12、车轮；13、驱动电机。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0040]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0041]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0042]
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0043]
如图1、图2所示，根据本申请一些实施例中一种独立悬挂平衡车，包括：车架110、控制器7、悬挂减震机构11、两个驱动电机13及两个车轮12；所述控制器7安装于所述车架110上；所述悬挂减震机构11包括架体1104、安装座1101及弹性件1102，所述架体1104分别安装于所述车架110的左、右两侧，所述弹性件1102的一端与所述架体1104连接，另一端与所述安装座1101连接；各所述驱动电机13的固定轴别与其中一所述安装座1101对应连接，且所述的驱动电机13与所述控制器7电连接；各所述车轮12分别与其中一所述驱动电机13的动力输出端连接；其中，所述弹性件1102能够在所述车轮12受到不平路面冲击时弹性带动所述安装座1101及所述车轮12相对于所述车架110被动上移或下移。
[0044]
基于上述方案，悬挂减震机构11是悬挂于所述架体110两侧的，架体1104相对于所述车架110是悬挂设置的，当行驶至不平整路面时，车轮12接触到障碍物，由于弹性件1102的存在，弹性件1102被动收缩，带动安装座1101上移，进而带动车轮12上移，使得车架110保持相对稳定的状态，达到了被动减震的目的。
[0045]
在一些实施例中，所述悬挂减震机构11还包括伺服电机1103，所述伺服电机1103安装于所述架体1104的侧部，且与所述控制器7电连接，所述伺服电机1103的动力输出端与所述弹性件1102连接；其中，所述控制器7能够控制所述伺服电机1103转动，进而驱动所述弹性件1102上移或下移，使得所述安装座1101主动上移或下移。还包括水平传感器，所述水平传感器安装于所述车架110或控制器7上，用于检测所述车架110的左、右两端的水平高度，所述水平传感器与所述控制器7电连接；其中，当所述水平传感器检测到所述车架110左、右两端水平高度不一致时，所述控制器7控制处于所述车架110高的一端的所述伺服电机1103驱动弹性件1102上移，使得所述安装座1101及所述车轮12上移。
[0046]
基于上述方案，当独立悬挂平衡车行驶在非水平的复杂路面时，悬挂减震机构11因悬挂弹性件1102伸缩单独跳动而减震，并将侧翻的可能性大幅减少，当车架110发生左右倾斜，控制器7将左右水平传感器捕捉到的倾角转换成驱动信号驱动伺服电机1103，伺服电机1103转动将弹性件1102上升或下移，用于修正车架110倾斜，进一步保证驾驶稳定和安全。水平传感器是匹配具有伺服电机1103的独立悬挂平衡车设置的，通过在车架110上设置左右两个水平传感器，检测车架110的倾角信息，控制器7将左右水平传感器捕捉到的倾角
转换成驱动信号驱动伺服电机1103，伺服电机1103转动将弹性件120上升或下移，用于修正车架110倾斜，进一步保证驾驶稳定和安全。
[0047]
在一些实施例中，所述弹性件1102在所述车架1104的左侧或者右侧均设置有两个，且所述弹性件1102均为圆柱形；所述安装座1101开设有与所述弹性件1102一一对应连接的连接孔。
[0048]
在一些实施例中，所述伺服电机1103设置有两个或者四个；其中，设置两个伺服电机1103时，各所述伺服电机1103分别设置于左、右两侧的所述架体1104上，其一所述伺服电机1103驱动同一侧的两个所述弹性件1102伸缩；设置四个伺服电机1103时，各所述架体1104上分别设置两个所述伺服电机1103，各所述伺服电机1103与所述弹性件1102一一对应连接，一个所述伺服电机1103对应驱动一个所述弹性件1102伸缩。
[0049]
在一些实施例中，还包括两个安装板6，各所述安装板6分别转动安装于所述车架110的左、右两侧，所述安装板6上开设有与所述架体1104配合连接的导向槽。
[0050]
在一些实施例中，所述悬挂减震机构11还包括固定板1105，所述固定板1105与所述安装板6固定连接，所述固定板1105开设有与所述导向槽相对应的固定槽，所述固定槽与所述导向槽之间限定形成安装孔，所述架体1104安装于所述安装孔上。
[0051]
在一些实施例中，所述车架110包括第一架体1、第二架体2、车把组件4和弹性部件5；所述第一架体1用于供使用者站立；所述第二架体2对应间隔设置于所述第一架体1的下方；所述车把组件4分别转动安装于所述第一架体1和所述第二架体2；其中，所述车把组件4左、右摆动时，所述第一架体1能够跟随所述车把组件4相对于所述第二架体2左、右平行移动；所述弹性部件5的一端与所述第一架体1连接，另一端与所述第二架体2连接；其中，当所述第一架体1相对于所述第二架体2发生左、右平行移动后，通过所述弹性部件5能够驱使所述第一架体1自动复位。
[0052]
基于上述方案，本申请基于倒立摆原理工作，使用时，驾驶人竖直站立在第一架体1上手扶车把组件4，当驾驶人身体前倾并推动组件4，第一架体1以及第二架体2会跟随前倾，控制器7中感应车架俯仰角度的陀螺组件检测到倾角信号，该信号经过控制器7处理变成电机驱动信号，驱动电机旋转带动车体移动，从而保持平衡和前进后退；第一架体1和第二架体2之间形成长方体形状，车把组件4设置在第一架体1和第二架体2的前端，即车架整体朝前进的一侧；车把组件4主要是和第一架体1的摆动，其次是稳定连接第一架体1和第二架体2；当使用者站在第一架体1上，手握车把组件4，使用者控制车把组件4左右摆动，控制器7获取车把组件4摆动信息经处理后，发送相关的控制信号至动力组件，使车体左右两端的动力组件产生速度差，进而实现转向，车把组件4通过联动第一架体1左右摆动，第一架体1摆动时，与第二架体2之间相当于产生了平行四边形形变，车把组件4和第一架体1能以平行四边形变形的方式跟随使用者侧倾，从而避免由于离心力产生翻倒；在第一架体1与第二架体2之间产生平行四边形变形后，连接在两者之间的弹性部件5会由于变形产生弹性变形，当恢复直线行驶且路面平稳时，弹性部件5通过弹力将第一架体1复位至第二架体2的正上方，至此完成一次弹性形变；在独立悬挂平衡车行驶在左右起伏路面以及障碍路面是，悬挂减震机构11起到一定的缓冲作用，使得车体保持相对的稳定状态，避免使用者跌落。
[0053]
在一些实施例中，还包括两个安装板6，其分别转动安装于所述第一架体1的左、右两侧，并分别与所述第二架体2的左、右两侧转动相连；所述安装板6上开设有与所述伺服电
机1103配合连接的导向槽。安装板6设置的作用是连接第一架体1和第二架体2，同时是为了连接安装车轮12的，安装板6与第一架体1和第二架体2之间均是留有空隙的，为了在第一架体1和第二架体2发生平行四边形变形时，安装板6与第一架体1和第二架体2之间保留有一定的活动空间，以确保形变可以完成，不至于由于安装板6卡住而导致不能发生形变。
[0054]
在一些实施例中，还包括电池组3和两个驱动电机13，所述控制器7与所述驱动电机13电连接，所述控制器7安装于所述第一架体1上，所述电池组3安装于所述第二架体2上，所述驱动电机13的固定端与所述安装座1101连接，所述驱动电机13的动力输出端与所述车轮12连接，用于驱动所述车轮12转动。电池组3是为驱动电机13提供动力的，驱动电机13驱动车轮12转动，继而带动独立悬挂平衡车移动；通过控制左右驱动电机13的转速，使得两个驱动电机13产生转速差，可以实现独立悬挂平衡车的转向。
[0055]
在一些实施例中，所述车把组件4与所述第一架体1之间设有用于检测所述车把组件4相对于所述第一架体1的转动角度的角度传感器，所述角度传感器与所述控制器7电连接；其中，当所述角度传感器检测到所述车把组件4相对于所述第一架体1转动不同角度时，所述控制器7分别控制各所述驱动电机13的转动速度不同，以形成差速。
[0056]
在一些实施例中，所述车把组件4包括联动件403及车把401，所述联动件403分别与所述第一架体1和所述第二架体2转动连接，所述车把401安装于所述联动件403的顶端；所述角度传感器包括设置于所述第一架体1上第一角度传感器9以及设置于所述联动件403上的第二角度传感器8；所述第一角度传感器9与所述控制器7电连接，用于检测所述第一架体1以及其联动的所述车把401的摆动角度；所述第二角度传感器8与所述控制器7电连接，用于检测所述车把401相对于所述联动件403的旋转角度。第一角度传感器9安装在第一架体1的任意活动角上，可以检测第一架体1的摆动角度，由于第一架体1和车把401是联动的，车把401摆动带动第一架体1摆动，相当于第一角度传感器9检测车把401和第一架体1的摆动角度，并将该角度信息发送至控制器7，控制器7处理后发送相关驱动指令至动力组件12，左右两侧的驱动电机产生转速差，进而实现转向。第二角度传感器8是单检测车把401的旋转角度的，控制器7获取车把401的旋转角度信息处理后，发送相关驱动指令至驱动电机，控制转向，第二角度传感器8与第一角度传感器9配合使用时，转向的控制精度更高，而且可以降低检测过程中的误差。
[0057]
在一些实施例中，所述车把组件4还包括连接杆402，所述连接杆402的一端与所述联动件403连接，另一端与所述车把401连接。设置连接杆402是为了适应不同高度的车把401设计，根据需求设计连接杆402的高度，以匹配不同高度的使用者手握车把401；连接杆402可以设置成可伸缩类型的，在使用过程中自由地调整其高度，另外连接杆402和车把401之间还可以是一体成型的。
[0058]
在一些实施例中，所述联动件403与所述第一架体1之间连接有能够使得所述联动件403相对于所述第一架体1自动摆动回位的第一回中机构，所述连接杆402与所述车把401之间连接有能够使得所述车把401相对于所述连接杆402自动旋转回位的第二回中机构。
[0059]
在一些实施例中，所述联动件403分别与所述第一架体1和所述第二架体2转动连接，所述联动件403在克服所述弹性部件5弹力的情况下联动所述第一架体1相对于所述第二架体2平行摆动。由于联动件403与第一架体1是转动连接的，在车把401左右摆动时，联动件403首先会跟随摆动，继而带动第一架体1跟随摆动，相当于联动件403相对于第二架体2
摆动了一定角度，第一架体1和车把401摆动的角度一致，确保人体的倾斜角度与第一架体1及车把401的摆动角度一致，从而保证
[0060]
在一些实施例中，所述第一架体1上设置有用于容置控制器7的第一安装槽10；所述第二架体2上设置有用于容置电池组3的第二安装槽。独立悬挂平衡车需要控制器7进行行驶的控制，以及需要电池组3提供动力源，在第一架体1上配置安装控制器7的第一安装槽10，在第二架体2上配置安装电池组3的第二安装槽，避免控制器7和电池组3凸出车架的表面，保证了车架整体的美观性。
[0061]
在一些实施例中，所述联动件403上还开设有容置第二角度传感器8的第三安装槽，所述第三安装槽与所述车把401的轴心相对应。第二角度传感器8主要是用于检测车把401的旋转角度的，车把401是与连接杆402连接的，通过将第二角度传感器8安装于联动件403的第三安装槽上，第二角度传感器8检测到的联动件403的旋转角度即为车把401的旋转角度，另外第三安装槽设置的位置可以是偏下靠近第一架体1的位置，可以提高检测精度，便于独立悬挂平衡车的控制器7进行相应的控制调节。
[0062]
在一些实施例中，如图3、图4所示，所述第一架体1包括承重板101以及两根第一安装杆102，所述第一安装杆102分别设置于所述承重板101的前后两侧；所述第二架体2包括连接板201以及两根第二安装杆202，所述第二安装杆202分别设置于所述连接板201两侧，所述连接板201对应设置在所述承重板101的下方，两根所述第二安装杆202分别位于两根所述第一安装杆102下方；所述联动件403分别与同一侧的所述第一安装杆102和所述第二安装杆202转动连接。承重板101是用于供使用者站立的，承重板101的前后两端均连接第一安装杆102，第一安装杆102是与联动件403连接的，而设置的连接板201以及对应的第二安装杆202是为了与上述承重板101和第一安装杆102相匹配，联动件403是与第一安装杆102及第二安装杆202转动连接的，即摆动时是通过第一安装杆102及第二安装杆202传递力的，这种情况下可以避免对承重板101及连接板201上的安装部件造成影响。
[0063]
在一些实施例中，所述弹性部件5至少设置有四个，且分别位于所述第一架体1的底部四个端角处。为了确保车架在发生平行四边形变形时稳定，以及第一架体1可以完全复位至第二架体2的正上方，弹性部件5优选数量为四个，且分别是位于四个端角处的，发生变形时，第一架体1和第二架体2的受力均匀，且复位时更稳定；另外，所述弹性部件5为弹簧。
[0064]
基于上述的实施方案，当独立悬挂平衡车实现高速右转向时，状态如图5所示，第一架体往左边偏移；当独立悬挂平衡车实现高速左转向时，状态如图6所述，第一架体往右边偏移；当独立悬挂平衡车行驶在不平路面时，没有配置伺服电机的独立悬挂平衡车状态如图7所示，车体发生平行四边形变形，也可以达到缓冲避震的目的，配置有伺服电机的独立悬挂平衡车状态如图8所示，车体可以保持水平，减震效果更佳。
[0065]
综上所述，本申请提出的一种独立悬挂平衡车，通过弹性形变，达到了缓冲避震的效果，同时通过悬挂减震机构配合减震进一步提高独立悬挂平衡车的避震效果，提高了使用者的使用体验以及保证了使用过程中的安全性。
[0066]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

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