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兩輪自平衡車是由哪些部件構成的

平衡車之家作者:znphc 小周點擊:時間:2014-04-10來源:平衡車之家新聞投稿

        我們了解兩輪自平衡車的工作原理之後,緊接著看看它是由哪些部件構成的?


 

  二.兩輪自平衡車的構成

  (1)控制器

  控制器是兩輪自平衡車的技術核心,因而控制器的好壞直接影響到平衡車的質量,目前國內具備獨立研發平衡車控制器的企業爲數不多,控制器包括車體狀態運算和平衡控制運算2個部分。車體狀態運算主要是將各傳感器測量的數據加以融合得出車體傾斜角度值、傾斜角速度值以及行車速度等。平衡控制運算根據車體狀態數據,計算保持平衡需要的行車速度和加速度,或者轉彎所需要的左右電機速度變化值,向電機控制驅動模塊發送控制指令。運算模塊相當于兩輪自平衡電動車的大腦,它主要負責的工作是:控制電機的起停,向控制模塊發出加速、減速、電機正反轉和制動等速度控制信號,接收電機Hall信號進行車速度計算,並通過RS一232串口向PC發送車速數據以供存儲和分析。另外,還負責接收車體平衡姿態數據,進行自平衡運算。

  (2)陀螺儀

  陀螺在旋轉的時候,不但圍繞本身的軸線運動,而且還圍繞一個垂直軸做錐形運動,也就是說,陀螺以免圍繞本身做“自轉”,一面圍著垂直做“公轉”。陀螺圍繞自身軸線做“自轉”運動速度的快慢,決定著陀螺擺動角的大小。轉的越慢,擺動角越大,穩定性越差;轉的越快,擺動角越小,因而穩定性也就越好。這和人們騎自行車的道理差不多,其中不同的是一個是做直線運動,一個是做圓錐形的曲線運動,陀螺告訴自轉時,在重力偶作用下,不沿力偶放心翻到,而繞道支點的垂直軸做圓錐運動的現象,就是陀螺原理。平衡車的應用陀螺儀就是運用物體高速旋轉時,角動量很大,旋轉軸會一直穩定指向一個方向的性質,所制造出來的定向儀器。不過它必須轉的夠快,或者慣性夠大(爺可以說是角動量要夠大),不然,只要一個很小的力矩,就會嚴重影響到它的穩定性,就像我們可以輕易的改變中車輪轉軸的方向一樣,所以設置在飛機,飛彈中的陀螺儀是靠內部所提供的動力,使其保持高速轉動。思維翼兩輪平衡車正是通過精密固態陀螺儀來判斷車身所處的姿勢狀態,實現模糊控制。車身部分以馬達軸心爲中心做前後的擺動,若以車身垂直地面爲0度,則車身可擺動範圍爲-96度~96度,這樣的設計是爲了避免當車身失去平衡時,平台直接撞擊地面進而影響到裝在平台上的馬達驅動器與其它電路。左右車輪部分分別由兩個直流有刷馬達帶動,以馬達軸心爲中心做360度前後的轉動。當未做控制時,不論車身往前傾或後傾,左右輪都是靜止的狀態,也就是車身前後擺動與輪子轉動是相互獨立的。車身在保持直立的狀態下,有靜止,前傾與後傾三種行動的方式,加上我們所需要執行的策略,使車身維持在平衡的狀態。三種行動方式與決策模式如下:1.靜止:若車身重心落于左,右兩輪與地面接觸點的聯機中心位置,則車身保持平衡不動,則輪子靜止不做任何控制。2:前傾:若車身重心偏前,車身將向前傾斜,則控制輪子前進,依據輪子轉動與車身傾斜的的相對角度及相對角速度大小,控制輪子前進的力量的大小,以維持車身平衡。3.後傾:若車身重心偏後,則車身將向後傾,則控制輪子的後退,依據輪子轉動與車身傾斜的相對角度及相對角速度大小,控制輪子後退的力量大小,以維持車身平衡。

  (3)電機

  隨著兩輪自平衡車的逐漸普及,市場競爭日趨激烈,不少企業和商家除了在産品價格和外觀上大肆做文章外,還在平衡車一般的小細節上也打起了廣告,其中最多的便是對于電機有刷和無刷的宣傳,而無刷電機的宣傳則是其中一大亮點。當您看到這個名詞時,你不禁會想既然有無刷,那肯定有有刷,那麽有刷和無刷的區別到底在哪裏呢?

  無刷直流電機用電子換向器取代了普通直流電機的電刷和換向器,優點是效率高,啓動轉矩大,過載能力強,操作性能好,噪聲小,結構簡單、牢固,免維護或少維護,體積小質量輕,它的轉速控制系統的造價比直流有刷電機的轉速控制系統要高出很多,控制器在使用的過程中也容易發生故障。裝有無刷電機的兩輪平衡車行駛速度必須到35公裏/小時以上時,才能真正發揮其最佳的工作效率,但是我們知道兩輪平衡車作爲非機動車來管理,時速一般都控制在20公裏/小時以下,所以選用無刷電機作爲兩輪平衡車的動力,降低了電機的工作效率,可取性不強。

  有刷直流電機目前被國內大多數電動車生産廠家所選用,它采用碳刷作爲電機電源的兩個觸點,利用調速轉把和控制器來控制,通過齒輪二次減速及超越離合器來達到電動車0-20公裏/小時的無極調速。目前兩輪平衡車采用的這種有刷高速電機減速齒輪強度較強,耐磨性好,設計合理,返修率較低;而且維修更換齒輪和電機的成本較少,有效的降低了兩輪平衡車的維修費用。

  (4)蓄電池

  蓄電池的選擇有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、锂電池。锂電池價格昂貴,會大大增加電動車的生産成本。鎳氫電池用單個1.2 V 的電池組合成所需電壓,使用上不夠方便,且其自放電較大,充滿電放置幾天不用也會由于自放電而又要充電,所以鎳氫電池也不是最好的選擇。鉛酸蓄電池雖然體積偏大,重量較重,但具有技術成熟、價格低廉、安全性高等突出優點,近幾年的技術發展已使其具有較高的容量,較大的放電能力,並做到了免維護使用,目前市上的電動車絕大多數都采用鉛酸蓄電池。市售電動車采用36 V或48 V鉛酸蓄電池供電,目前市面上也普遍把鉛酸電池作爲兩輪平衡車的動力選擇。

  (5)車體及其他附件

  車體的主要作用有:1.當作載物箱,用于安裝蓄電池、陀螺儀、控制電路板等零部件;2.作中軸連接左右2個車輪;3.作腳踏板用于載人。

  對于車體材料的選擇,首先是必須具有較高的硬度,能承載足夠的重量,其次是車體本身重量要盡可能輕。因此選擇角鋁做爲車廂骨架材料,扶手杆使用不鏽鋼管材質,就能夠兼顧硬度和滿足自身重量的要求。(平衡車之家 www.azseries.com)

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