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购车攻略

选购两轮平衡车时,你必须知道的那些知识!

两轮平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、节省能源、绿色环保、转弯半径为0等优点。因此它适用于在狭小空间内运行,能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、办公

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一.两轮平衡车原理

两轮平衡车是一种新型的交通工具,它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同,而是采用两轮并排固定的方式,就像一种两轮平行的机器人一样。两轮自平衡控制系统是一种两轮左右平行布置的,像传统的倒立摆一样,本身是一个自然不稳定体,必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。两轮平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、节省能源、绿色环保、转弯半径为0等优点。因此它适用于在狭小空间内运行,能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、办公大楼、大型公园及广场、生态旅游风景区、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的中、短距离代步工具。

平衡车工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率,通过高速微控制器计算出适当数据和指令后,驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。假设我们以站在车上的驾驶人与车辆的总体重心纵轴作为参考线。当这条轴往前倾斜时,车身内的内置电动马达会产生往前的力量,一方面平衡人与车往前倾倒的扭矩,一方面产生让车辆前进的加速度,相反的,当陀螺仪发现驾驶人的重心往后倾时,也会产生向后的力量达到平衡效果。因此,驾驶人只要改变自己身体的角度往前或往后倾,平衡车就会根据倾斜的方向前进或后退,而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。原则上,只要正确打开电源且能保持足够运作的电力,车上的人就不用担心有倾倒跌落的可能,这与一般需要靠驾驶人自己进行平衡的滑板车等交通工具完全不同。

二.两轮平衡车的构成

(1)控制器

控制器是两轮平衡车的技术核心,因而控制器的好坏直接影响到平衡车的质量,目前国内具备独立研发平衡车控制器的企业为数不多,深圳市新力科技有限公司自主研发的一款高性能闪存型单片机,它采用RISC结构,最高可以在40 MHz的高速频率下工作,能够满足两轮自平衡电动车运算模块的各项性能需求。控制器包括车体状态运算和平衡控制运算2个部分。车体状态运算主要是将各传感器测量的数据加以融合得出车体倾斜角度值、倾斜角速度值以及行车速度等。平衡控制运算根据车体状态数据,计算保持平衡需要的行车速度和加速度,或者转弯所需要的左右电机速度变化值,向电机控制驱动模块发送控制指令。运算模块相当于两轮自平衡电动车的大脑,它主要负责的工作是:控制电机的起停,向控制模块发出加速、减速、电机正反转和制动等速度控制信号,接收电机Hall信号进行车速度计算,并通过RS一232串口向PC发送车速数据以供存储和分析。另外,还负责接收车体平衡姿态数据,进行自平衡运算。该控制器已装备旗下的思维翼系列产品,产品自投放市场以来,性能稳定,反应良好,获得了很不错的市场口碑。

(2)陀螺仪

陀螺在旋转的时候,不但围绕本身的轴线运动,而且还围绕一个垂直轴做锥形运动,也就是说,陀螺以免围绕本身做“自转”,一面围着垂直做“公转”。陀螺围绕自身轴线做“自转”运动速度的快慢,决定着陀螺摆动角的大小。转的越慢,摆动角越大,稳定性越差;转的越快,摆动角越小,因而稳定性也就越好。这和人们骑自行车的道理差不多,其中不同的是一个是做直线运动,一个是做圆锥形的曲线运动,陀螺告诉自转时,在重力偶作用下,不沿力偶放心翻到,而绕道支点的垂直轴做圆锥运动的现象,就是陀螺原理。平衡车的应用陀螺仪就是运用物体高速旋转时,角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质,所制造出来的定向仪器。不过它必须转的够快,或者惯性够大(爷可以说是角动量要够大),不然,只要一个很小的力矩,就会严重影响到它的稳定性,就像我们可以轻易的改变中车轮转轴的方向一样,所以设置在飞机,飞弹中的陀螺仪是靠内部所提供的动力,使其保持高速转动。思维翼两轮平衡车正是通过精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态,实现模糊控制。车身部分以马达轴心为中心做前后的摆动,若以车身垂直地面为0度,则车身可摆动范围为-96度~96度,这样的设计是为了避免当车身失去平衡时,平台直接撞击地面进而影响到装在平台上的马达驱动器与其它电路。左右车轮部分分别由两个直流有刷马达带动,以马达轴心为中心做360度前后的转动。当未做控制时,不论车身往前倾或后倾,左右轮都是静止的状态,也就是车身前后摆动与轮子转动是相互独立的。车身在保持直立的状态下,有静止,前倾与后倾三种行动的方式,加上我们所需要执行的策略,使车身维持在平衡的状态。三种行动方式与决策模式如下:1.静止:若车身重心落于左,右两轮与地面接触点的联机中心位置,则车身保持平衡不动,则轮子静止不做任何控制。2:前倾:若车身重心偏前,车身将向前倾斜,则控制轮子前进,依据轮子转动与车身倾斜的的相对角度及相对角速度大小,控制轮子前进的力量的大小,以维持车身平衡。3.后倾:若车身重心偏后,则车身将向后倾,则控制轮子的后退,依据轮子转动与车身倾斜的相对角度及相对角速度大小,控制轮子后退的力量大小,以维持车身平衡。

(3)电机

随着两轮平衡车的逐渐普及,市场竞争日趋激烈,不少企业和商家除了在产品价格和外观上大肆做文章外,还在平衡车一般的小细节上也打起了广告,其中最多的便是对于电机有刷和无刷的宣传,而无刷电机的宣传则是其中一大亮点。当您看到这个名词时,你不禁会想既然有无刷,那肯定有有刷,那么有刷和无刷的区别到底在哪里呢?

无刷直流电机用电子换向器取代了普通直流电机的电刷和换向器,优点是效率高,启动转矩大,过载能力强,操作性能好,噪声小,结构简单、牢固,免维护或少维护,体积小质量轻,它的转速控制系统的造价比直流有刷电机的转速控制系统要高出很多,控制器在使用的过程中也容易发生故障。装有无刷电机的两轮平衡车行驶速度必须到35公里/小时以上时,才能真正发挥其最佳的工作效率,但是我们知道两轮平衡车作为非机动车来管理,时速一般都控制在20公里/小时以下,所以选用无刷电机作为两轮平衡车的动力,降低了电机的工作效率,可取性不强。

有刷直流电机目前被国内大多数电动车生产厂家所选用,它采用碳刷作为电机电源的两个触点,利用调速转把和控制器来控制,通过齿轮二次减速及超越离合器来达到电动车0-20公里/小时的无极调速。目前两轮平衡车采用的这种有刷高速电机减速齿轮强度较强,耐磨性好,设计合理,返修率较低;而且维修更换齿轮和电机的成本较少,有效的降低了两轮平衡车的维修费用。

(4)蓄电池

蓄电池的选择有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池。锂电池价格昂贵,会大大增加电动车的生产成本。镍氢电池用单个1.2 V 的电池组合成所需电压,使用上不够方便,且其自放电较大,充满电放置几天不用也会由于自放电而又要充电,所以镍氢电池也不是最好的选择。铅酸蓄电池虽然体积偏大,重量较重,但具有技术成熟、价格低廉、安全性高等突出优点,近几年的技术发展已使其具有较高的容量,较大的放电能力,并做到了免维护使用,目前市上的电动车绝大多数都采用铅酸蓄电池。市售电动车采用36 V或48 V铅酸蓄电池供电,考虑到两轮平衡车自身重量远低于电动自行车,且承载量不会超过1个人,速度限制在18km/h以下,也不用于远距离行驶,因此采用2节12 V/14 Ah的铅酸蓄电池串联组成24 V供电电源,既能满足使用要求,又保证价格低廉,购买和更换都很方便,目前市面上也普遍把铅酸电池作为两轮平衡车的动力选择。

(5)车体及其他附件

车体的主要作用有:
  1.当作载物箱,用于安装蓄电池、陀螺仪、控制电路板等零部件;
  2.作中轴连接左右2个车轮;
  3.作脚踏板用于载人。

对于车体材料的选择,首先是必须具有较高的硬度,能承载足够的重量,其次是车体本身重量要尽可能轻。因此选择角铝做为车厢骨架材料,扶手杆使用不锈钢管材质,就能够兼顾硬度和满足自身重量的要求。

 

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