一種自平衡電動自行車驅動系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于測試裝置技術領域，尤其涉及一種自平衡電動自行車驅動系統，所述控制器系統包括系統控制器，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡，本發明解決了現有技術無法實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進的問題，具有實用性好、實現了電動車電機的調節和控制、實現了轉把和剎車的功能、適用于自平衡電動自行車驅動的有益技術效果。
【專利說明】
一種自平衡電動自行車驅動系統
技術領域
[0001 ]本發明屬于測試裝置技術領域，尤其涉及一種自平衡電動自行車驅動系統。
【背景技術】
[0002]目前，電動平衡車，又叫體感車、思維車、攝位車等，市場上主要有獨輪和雙輪兩類，其運作原理主要是建立在一種被稱為“動態穩定”的基本原理上，利用車體內部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測車體姿態的變化，并利用伺服控制系統，精確地驅動電機進行相應的調整，以保持系統的平衡，電動平衡車是現代人用來作為代步工具、休閑娛樂的一種新型的綠色環保的產物，因此，開發具有自主知識產權的電動平衡車，不僅可以能夠實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進，進而能夠讓電動自行車自平衡保持、傾角測量、角度測試、旋轉速度測試的功能，現有技術無法實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進的問題。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種自平衡電動自行車驅動系統，以解決上述【背景技術】中現有的現有技術現有技術無法實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進的問題。
[0004]本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現:一種自平衡電動自行車驅動系統，包括控制器系統，所述控制器系統包括系統控制器，其特征在于，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡。
[0005]進一步，所述控制器系統還包括平衡系統控制器。
[0006]進一步，所述平衡系統控制器具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端。
[0007]進一步，所述步進電機平衡驅動系統還包括陀螺儀檢測電路和步進電機驅動電路。
[0008]進一步，所述陀螺儀檢測電路用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路用于控制車體方向和平衡。
[0009]進一步，所述陀螺儀檢測電路的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器與系統控制器通訊。
[0010]進一步，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括直流無刷電機驅動系統，所述直流無刷電機驅動系統包括三相互補PWM波發生電路、直流無刷電機驅動電路、過流檢測電路，所述系統控制器具有三相互補波形輸出端、PWM信號輸出端、使能信號輸出端、剎車信號輸出端。
[0011]進一步，所述三相互補Pmi波發生電路用于將連續導通的三相互補波形轉換為三相互補PffM波形，所述三相互補PffM波發生電路還用于使能三相互補PffM波形的輸出，所述三相互補PffM波發生電路還用于輸出剎車信號。
[0012]進一步，所述系統控制器的三相互補波形輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的三相互補波形輸入端，所述系統控制器的PWM信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的PffM信號輸入端，所述系統控制器的使能信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的使能信號輸入端，所述系統控制器的剎車信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的剎車信號輸入端，所述三相互補PWM波發生電路的三相互補PffM波信號輸出端輸出于直流無刷電機驅動電路的三相互補PWM波信號輸入端，所述直流無刷電機驅動電路的過流信號檢測輸出端輸出于過流檢測電路的過流信號檢測輸入端。
[0013]進一步，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括轉把剎車系統，所述轉把剎車系統包括轉把檢測電路、剎車檢測電路、電門鎖控制電路，所述轉把檢測電路的轉把信號輸出端輸出于系統控制器的轉把信號輸入端，所述剎車檢測電路的剎車信號輸出端輸出于系統控制器的剎車信號輸入端，所述系統控制器的電門鎖控制輸出端輸出于電門鎖控制電路的電門鎖控制輸入端。
[0014]本發明的有益效果為:
[0015]I本發明采用所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡，所述控制器系統還包括平衡系統控制器，所述平衡系統控制器具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端，所述步進電機平衡驅動系統還包括陀螺儀檢測電路和步進電機驅動電路，所述陀螺儀檢測電路用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路用于控制車體方向和平衡，所述陀螺儀檢測電路的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器與系統控制器通訊，由于在使用時，陀螺儀檢測電路通過I2C總線反饋于平衡系統控制器電動車的傾角測量、角度測試、旋轉速度等參數，平衡系統控制器輸出相應的步進電機驅動器的控制電平，步進電機驅動電路控制步進電機相應的調整，進而實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進，因此具有實用性。
[0016]2本發明采用所述自平衡電動自行車驅動系統還包括直流無刷電機驅動系統，所述直流無刷電機驅動系統包括三相互補PWM波發生電路、直流無刷電機驅動電路、過流檢測電路，所述系統控制器具有三相互補波形輸出端、PWM信號輸出端、使能信號輸出端、剎車信號輸出端，所述三相互補PWM波發生電路用于將連續導通的三相互補波形轉換為三相互補PWM波形，所述三相互補PWM波發生電路還用于使能三相互補PWM波形的輸出，所述三相互補PWM波發生電路還用于輸出剎車信號，所述系統控制器的三相互補波形輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的三相互補波形輸入端，所述系統控制器的PWM信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的PWM信號輸入端，所述系統控制器的使能信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的使能信號輸入端，所述系統控制器的剎車信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的剎車信號輸入端，所述三相互補PWM波發生電路的三相互補PWM波信號輸出端輸出于直流無刷電機驅動電路的三相互補PWM波信號輸入端，所述直流無刷電機驅動電路的過流信號檢測輸出端輸出于過流檢測電路的過流信號檢測輸入端，由于根據霍爾狀態信號和轉把電壓信號控制輸出不同占空比的Pwm波形控制上橋導通和關斷，同時輸出與霍爾狀態相對應高低電平，用于產生如下互補PWM波形，用于直流無刷電機驅動波形，并通過調節PffM占空比控制電機速度，由于使能信號控制為低電平有效，控制前端信號通過或非門-對后續電路起作用，使能信號控制為高電平無效時，前端電路無法作用后部電路，由于通電導體在磁場中受到力的作用，產生電機轉動的反向作用力，使電機處于電磁剎車狀態信號，實現了電動車電機的調節和控制。
[0017]3本發明采用所述自平衡電動自行車驅動系統還包括轉把剎車系統，所述轉把剎車系統包括轉把檢測電路、剎車檢測電路、電門鎖控制電路，所述轉把檢測電路的轉把信號輸出端輸出于系統控制器的轉把信號輸入端，所述剎車檢測電路的剎車信號輸出端輸出于系統控制器的剎車信號輸入端，所述系統控制器的電門鎖控制輸出端輸出于電門鎖控制電路的電門鎖控制輸入端，系統控制器接收到轉把信號進行相應的調速處理，系統控制器接收到剎車信號進行相應的制動處理，實現了轉把和剎車的功能。
[0018]4本發明特別適用于自平衡電動自行車驅動。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明一種自平衡電動自行車驅動系統的總結構框圖；
[0020]圖2是本發明一種自平衡電動自行車驅動系統的具體結構框圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本發明做進一步描述:
[0022]圖中:1-控制器系統，2-系統控制器，3-步進電機平衡驅動系統，4-平衡系統控制器，5-陀螺儀檢測電路，6-步進電機驅動電路，7-直流無刷電機驅動系統，8-三相互補PffM波發生電路，9-直流無刷電機驅動電路，10-過流檢測電路，11-轉把剎車系統，12-轉把檢測電路，13-剎車檢測電路，14-電門鎖控制電路。
[0023]實施例:
[0024]本實施例包括:如圖1、2所示，一種自平衡電動自行車驅動系統，包括控制器系統I，所述控制器系統I包括系統控制器2，其特征在于，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統3，所述步進電機平衡驅動系統3用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡。
[0025]所述控制器系統I還包括平衡系統控制器4。
[0026]所述平衡系統控制器4具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端。
[0027]所述步進電機平衡驅動系統3還包括陀螺儀檢測電路5和步進電機驅動電路6。
[0028]所述陀螺儀檢測電路5用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路6用于控制車體方向和平衡。
[0029]前叉轉把扭動機制:采用控制器和三軸加速度傳感器和陀螺儀的實時狀態控制伺服電機的轉速和方向實現前叉把控制左右自平衡功能。
[0030]所述陀螺儀檢測電路5的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器4的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器4的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路6的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器4與系統控制器2通訊。
[0031]陀螺儀的作用是“測量角速度，以判別物體的運動狀態。(六軸陀螺儀采用MPU6050)
[0032]加速度傳感器:是慣性導航和慣性制導系統的基本測量元件，配合陀螺儀控制器件達到車體實時角度檢測實時閉環反饋。
[0033]六軸陀螺儀傳感器采用是mpu6050為主芯片，供電電壓3.3v，外部配合電容、電阻搭建穩定工作環境，使用I2C通信協議和控制器mj進行數據交互，I2C總線采用4.7K電阻上拉，能夠保證數據精度高，無丟包，通信協議穩定可靠。
[0034]所述自平衡電動自行車驅動系統還包括直流無刷電機驅動系統7，所述直流無刷電機驅動系統7包括三相互補PffM波發生電路8、直流無刷電機驅動電路9、過流檢測電路10，所述系統控制器2具有三相互補波形輸出端、PffM信號輸出端、使能信號輸出端、剎車信號輸出端。
[0035]所述三相互補PWM波發生電路8用于將連續導通的三相互補波形轉換為三相互補PWM波形，所述三相互補PWM波發生電路8還用于使能三相互補PWM波形的輸出，所述三相互補PWM波發生電路8還用于輸出剎車信號。
[0036]六路HVM產生電路采用的是與門、或門和或非門的數字邏輯功能，將三路HVM波形通過波形變換變換為六路互補PWM波，用來驅動直流無刷有感電機驅動電路的前端AH/AL/BH/BL/CH/CL引腳，即可使直流無刷有感電機正常轉動。
[0037]所述直流無刷電機控制動力系統和伺服電機控制平衡系統設計。
[0038]直流無刷有感電機驅動電路采用IR2101驅動芯片，其原理為HIN和LIN端輸入高電平信號，后端HO和LO輸出對應高電平信號。反之，HIN和LIN端輸入低電平信號，后端HO和LO輸出對應低電平信號。如采用PWM來驅動對應ABC三相橋式逆變電路，便可對直流無刷電機驅動。
[0039]由于通過所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡，所述控制器系統還包括平衡系統控制器，所述平衡系統控制器具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端，所述步進電機平衡驅動系統還包括陀螺儀檢測電路和步進電機驅動電路，所述陀螺儀檢測電路用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路用于控制車體方向和平衡，所述陀螺儀檢測電路的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器與系統控制器通訊，由于在使用時，陀螺儀檢測電路通過I2C總線反饋于平衡系統控制器電動車的傾角測量、角度測試、旋轉速度等參數，平衡系統控制器輸出相應的步進電機驅動器的控制電平，步進電機驅動電路控制步進電機相應的調整，進而實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進，因此具有實用性。
[0040]所述系統控制器2的三相互補波形輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路8的三相互補波形輸入端，所述系統控制器2的Pmi信號輸出端輸出于三相互補Pmi波發生電路8的PWM信號輸入端，所述系統控制器2的使能信號輸出端輸出于三相互補PffM波發生電路8的使能信號輸入端，所述系統控制器2的剎車信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路8的剎車信號輸入端，所述三相互補P麗波發生電路8的三相互補P麗波信號輸出端輸出于直流無刷電機驅動電路9的三相互補PffM波信號輸入端，所述直流無刷電機驅動電路9的過流信號檢測輸出端輸出于過流檢測電路10的過流信號檢測輸入端。
[0041 ]由于通過所述自平衡電動自行車驅動系統還包括直流無刷電機驅動系統，所述直流無刷電機驅動系統包括三相互補PWM波發生電路、直流無刷電機驅動電路、過流檢測電路，所述系統控制器具有三相互補波形輸出端、PWM信號輸出端、使能信號輸出端、剎車信號輸出端，所述三相互補PWM波發生電路用于將連續導通的三相互補波形轉換為三相互補PWM波形，所述三相互補PWM波發生電路還用于使能三相互補PffM波形的輸出，所述三相互補PWM波發生電路還用于輸出剎車信號，所述系統控制器的三相互補波形輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的三相互補波形輸入端，所述系統控制器的PWM信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的PWM信號輸入端，所述系統控制器的使能信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的使能信號輸入端，所述系統控制器的剎車信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的剎車信號輸入端，所述三相互補PWM波發生電路的三相互補PWM波信號輸出端輸出于直流無刷電機驅動電路的三相互補PWM波信號輸入端，所述直流無刷電機驅動電路的過流信號檢測輸出端輸出于過流檢測電路的過流信號檢測輸入端，由于根據霍爾狀態信號和轉把電壓信號控制輸出不同占空比的Pwm波形控制上橋導通和關斷，同時輸出與霍爾狀態相對應高低電平，用于產生如下互補PWM波形，用于直流無刷電機驅動波形，并通過調節PWM占空比控制電機速度，由于使能信號控制為低電平有效，控制前端信號通過或非門-對后續電路起作用，使能信號控制為高電平無效時，前端電路無法作用后部電路，由于通電導體在磁場中受到力的作用，產生電機轉動的反向作用力，使電機處于電磁剎車狀態信號，實現了電動車電機的調節和控制。
[0042]所述自平衡電動自行車驅動系統還包括轉把剎車系統11，所述轉把剎車系統11包括轉把檢測電路12、剎車檢測電路13、電門鎖控制電路14，所述轉把檢測電路12的轉把信號輸出端輸出于系統控制器2的轉把信號輸入端，所述剎車檢測電路13的剎車信號輸出端輸出于系統控制器2的剎車信號輸入端，所述系統控制器2的電門鎖控制輸出端輸出于電門鎖控制電路14的電門鎖控制輸入端。
[0043]由于通過所述自平衡電動自行車驅動系統還包括轉把剎車系統，所述轉把剎車系統包括轉把檢測電路、剎車檢測電路、電門鎖控制電路，所述轉把檢測電路的轉把信號輸出端輸出于系統控制器的轉把信號輸入端，所述剎車檢測電路的剎車信號輸出端輸出于系統控制器的剎車信號輸入端，所述系統控制器的電門鎖控制輸出端輸出于電門鎖控制電路的電門鎖控制輸入端，系統控制器接收到轉把信號進行相應的調速處理，系統控制器接收到剎車信號進行相應的制動處理，實現了轉把和剎車的功能。
[0044]如圖1所示，通過外部電路系統支持，運用MPU6050測量角速度，以判別物體的運動狀態，采用六軸加速度傳感器采集自行車車體傾斜和運行狀態，配合陀螺儀控制器件達到車體實時角度檢測實時閉環反饋。并通過步進電機平衡系統矯正車體前進方向和車體平衡狀態，通過轉把剎車系統控制車體前進加速和準確剎車，驅動直流無刷電機提供前進動力。
[0045]從功能來看，自平衡自行車系統由智能感應系統以及具有健康數據管理和社交功能的APP組成，將集成傳感器、人工智能、自動控制、大數據分析等多項技術，能夠根據駕駛者的地理位置、城市路況及環境質量、騎行習慣和個性需求等因素綜合分析，自動規劃定制化路徑，并通過多維傳感器采集用戶騎行信息，如心率、里程、踏頻、速度、卡路里消耗等。
[0046]工作原理:本發明通過所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡，所述控制器系統還包括平衡系統控制器，所述平衡系統控制器具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端，所述步進電機平衡驅動系統還包括陀螺儀檢測電路和步進電機驅動電路，所述陀螺儀檢測電路用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路用于控制車體方向和平衡，所述陀螺儀檢測電路的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器與系統控制器通訊，由于在使用時，陀螺儀檢測電路通過I2C總線反饋于平衡系統控制器電動車的傾角測量、角度測試、旋轉速度等參數，平衡系統控制器輸出相應的步進電機驅動器的控制電平，步進電機驅動電路控制步進電機相應的調整，進而實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進，從整體上說，本發明解決了現有技術無法實現電動自行車無外部人為干預條件下獨立保持平衡前進的問題，具有實用性好、實現了電動車電機的調節和控制、實現了轉把和剎車的功能、適用于自平衡電動自行車驅動的有益技術效果。
[0047]利用本發明的技術方案，或本領域的技術人員在本發明技術方案的啟發下，設計出類似的技術方案，而達到上述技術效果的，均是落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種自平衡電動自行車驅動系統，包括控制器系統，所述控制器系統包括系統控制器，其特征在于，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括步進電機平衡驅動系統，所述步進電機平衡驅動系統用于通過實時采集角速度和傾斜度判斷車體運行狀態并控制車體方向和平衡。2.根據權利要求1所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述控制器系統還包括平衡系統控制器。3.根據權利要求2所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述平衡系統控制器具有陀螺儀檢測信號輸入端和步進電機驅動控制輸出端。4.根據權利要求3所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述步進電機平衡驅動系統還包括陀螺儀檢測電路和步進電機驅動電路。5.根據權利要求4所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述陀螺儀檢測電路用于實時采集角速度和傾斜度，所述步進電機驅動電路用于控制車體方向和平衡。6.根據權利要求5所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述陀螺儀檢測電路的陀螺儀檢測信號輸出端輸出于平衡系統控制器的陀螺儀檢測信號輸入端，所述平衡系統控制器的步進電機驅動控制輸出端輸出于步進電機驅動電路的步進電機驅動控制輸入端，所述平衡系統控制器與系統控制器通訊。7.根據權利要求1所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括直流無刷電機驅動系統，所述直流無刷電機驅動系統包括三相互補PWM波發生電路、直流無刷電機驅動電路、過流檢測電路，所述系統控制器具有三相互補波形輸出端、PWM信號輸出端、使能信號輸出端、剎車信號輸出端。8.根據權利要求7所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述三相互補PWM波發生電路用于將連續導通的三相互補波形轉換為三相互補PWM波形，所述三相互補PWM波發生電路還用于使能三相互補PWM波形的輸出，所述三相互補PWM波發生電路還用于輸出剎車信號。9.根據權利要求8所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述系統控制器的三相互補波形輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的三相互補波形輸入端，所述系統控制器的PWM信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的PWM信號輸入端，所述系統控制器的使能信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的使能信號輸入端，所述系統控制器的剎車信號輸出端輸出于三相互補PWM波發生電路的剎車信號輸入端，所述三相互補PWM波發生電路的三相互補PWM波信號輸出端輸出于直流無刷電機驅動電路的三相互補PWM波信號輸入端，所述直流無刷電機驅動電路的過流信號檢測輸出端輸出于過流檢測電路的過流信號檢測輸入端。10.根據權利要求1所述的一種自平衡電動自行車驅動系統，其特征在于，所述自平衡電動自行車驅動系統還包括轉把剎車系統，所述轉把剎車系統包括轉把檢測電路、剎車檢測電路、電門鎖控制電路，所述轉把檢測電路的轉把信號輸出端輸出于系統控制器的轉把信號輸入端，所述剎車檢測電路的剎車信號輸出端輸出于系統控制器的剎車信號輸入端，所述系統控制器的電門鎖控制輸出端輸出于電門鎖控制電路的電門鎖控制輸入端。
【文檔編號】B62K11/00GK106080942SQ201610662161
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610662161.6, CN 106080942 A, CN 106080942A, CN 201610662161, CN-A-106080942, CN106080942 A, CN106080942A, CN201610662161, CN201610662161.6
【發明人】張一眀
【申請人】奎澤范(天津)科技發展有限公司