一种封闭型两轮轿车自动平衡升降支撑系统 |
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| 申请号 | CN201510950974.0 | 申请日 | 2015-12-19 | 公开(公告)号 | CN105383592A | 公开(公告)日 | 2016-03-09 |
| 申请人 | 封明信; | 发明人 | 封明信; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及封闭型两轮轿车自动平衡升降 支撑 系统，可有效解决封闭型两轮轿车稳定、平衡、省 力 的方便支撑问题，结构是，车架后部中间装有 驱动轮 ，驱动轮上面的车架上装有控制装置，车架前部的中间装有 车轮 ，车轮上同轴装有磁盘，磁盘周边处装有均布的磁 钢 和霍尔 传感器 ，前部车轮与后部的驱动轮之间的车架上装有 蓄 电池 ，车架的后部两边设置有对称的两个相同结构的升降装置，霍尔传感器与控制装置相连，控制装置控制驱动 电机 的正转或反转， 驱动电机 带动 齿轮 的正转或反转，齿轮通过 齿条 带动 支架 的升、降，构成自动平衡升降支架结构；本发明结构新颖独特，安装使用效果好，省力、方便。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种封闭型两轮轿车自动平衡升降支撑系统，包括车架、电机、蓄电池和支架，其特征在于，车架（1）后部中间装有驱动轮（11），驱动轮（11）上面的车架上装有控制装置（4），车架（1）前部的中间装有车轮（5），车轮上同轴装有磁盘（6），磁盘（6）周边处装有均布的磁钢（3）和霍尔传感器（7），前部车轮（5）与后部的驱动轮（11）之间的车架上装有蓄电池（2），车架的后部两边设置有对称的两个相同结构的升降装置，每个升降装置的结构是，支架（10）与装在车架上的用于驱动支架升、降的齿轮（14）相连，齿轮（14）与装在车架上的驱动电机（12）相连，支架（10）下端装有支撑活动轮（8）、触地开关（20）和下限开关（9），支架（10）顶端设有上限位开关（13），齿轮（14）旁边装有齿条（15），齿条（15）与支架（10）固定在一起，驱动电机（12）和控制装置（4）相连，控制装置（4）通过第一导线（16）与蓄电池（2）相连，控制装置（4）通过第二导线（17）与驱动电机（12）相连，控制装置（4）通过第三导线（18）与下限开关（9）相连，控制装置（4）通过第四导线（19）与上限位开关（13）相连，控制装置（4）通过第五导线（21）与触地开关（20）相连，控制装置（4）的单片机IC经光电耦合器隔离，与场效应管相连，场效应管与驱动电机（12）相连，场效应管另一端和蓄电池相连，光电耦合器另一端和蓄电池相连，单片机IC经串联的三端稳压器VRL、直流二极管与蓄电池相连，霍尔传感器（7）与控制装置（4）相连，控制装置（4）控制驱动电机（12）的正转或反转，驱动电机（12）带动齿轮（14）的正转或反转，齿轮（14）通过齿条（15）带动支架（10）的升、降，构成自动平衡升降支架结构； |
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| 说明书全文 | 一种封闭型两轮轿车自动平衡升降支撑系统技术领域[0001] 本发明涉及交通工具，特别是一种封闭型两轮轿车自动平衡升降支撑系统。 背景技术[0002] 两轮轿车是指封闭式和半封闭式两轮车在停车时方便地支撑地面，以保证骑乘者的安全。因其功能酷似四轮轿车，故称两轮轿车，是由目前市售的内燃机两轮车和电动两轮车改造而成，因内燃机两轮车和电动两轮车的骑乘者身体完全祼露在外，停车时先用两腿支撑地面，继而用人力打开车辆支架来支撑车辆与地面的稳定和平衡，其使用既费力又麻烦。随着经济发展，消费升级，一种半封闭和全封闭的两轮车相继问世。虽然可以保护骑乘者的身体不受风吹雨淋及严寒的侵扰，但因其车辆是封闭式的，给骑乘者稳定和平衡的停车支撑于地面也带来了诸多不便，因此，如何解决封闭型两轮轿车停车时稳定、平衡、支撑，是需要认真解决的技术问题。 发明内容[0004] 本发明解决的技术方案是，包括车架、电机、蓄电池和支架，车架后部中间装有驱动轮，驱动轮上面的车架上装有控制装置，车架前部的中间装有车轮，车轮上同轴装有磁盘，磁盘周边处装有均布的磁钢和霍尔传感器，前部车轮与后部的驱动轮之间的车架上装有蓄电池，车架的后部两边设置有对称的两个相同结构的升降装置，每个升降装置的结构是，支架与装在车架上的用于驱动支架升、降的齿轮相连，齿轮与装在车架上的驱动电机相连，支架下端装有支撑活动轮、触地开关和下限开关，支架顶端设有上限位开关，齿轮旁边装有齿条，齿条与支架固定在一起，驱动电机和控制装置相连，控制装置通过第一导线与蓄电池相连，控制装置通过第二导线与驱动电机相连，控制装置通过第三导线与下限开关相连，控制装置通过第四导线与上限位开关相连，控制装置通过第五导线与触地开关相连，控制装置的单片机经光电耦合器隔离，与场效应管相连，场效应管与驱动电机相连，场效应管另一端和蓄电池相连，光电耦合器另一端和蓄电池相连，单片机经串联的三端稳压器、直流二极管与蓄电池相连，霍尔传感器与控制装置相连，控制装置控制驱动电机的正转或反转，驱动电机带动齿轮的正转或反转，齿轮通过齿条带动支架的升、降，构成自动平衡升降支架结构；控制装置的平衡传感器U11的输出信号以地球重力方向，自动检测并输出与地球重力方向偏移角度的电压信号，当车架向左倾斜时，平衡传感器U11的12脚输出低于平衡电压的信号（平衡电压就是芯片供电电压的一半），经运算放大器U10的处理，由运算放大器U10的8脚输出高电平信号，运算放大器U10的8脚与单片机2脚相连，单片机2脚接收到高电平信号，控制第一电机反转和第二电机正转微小距离，通过轮盘带动左侧支架下降微小距离和右侧支架上升微小距离，使车架向右侧移动微小距离，当车架仍未达到平衡，继续上述过程，直到平衡传感器U11输出等于平衡电压的信号，至此车身达到平衡；当车架向右倾斜时，平衡传感器U11的12脚输出高于平衡电压的信号，经运算放大器U10处理，由运算放大器U10的14脚输出高电平信号，运算放大器U10的14脚与单片机3脚相连，单片机3脚接收到高电平信号，控制第一电机正转和第二电机反转微小距离，通过轮盘带动左侧支架上升微小距离和右侧支架下降微小距离，使车架向左侧移动微小距离，当车架仍未达到平衡，继续上述过程，直到平衡传感器U11输出等于平衡电压的信号，车身达到平衡，实现封闭型两轮轿车的自动平衡升降支撑。 [0005] 本发明结构新颖独特，安装使用效果好，省力、方便，可有效解决封闭型两轮轿车停车稳定、平衡、省力的方便支撑于地面，可有效用于常规的内燃机两轮车和电动两轮车的支撑，是代步车辆（工具）上的一大创新，经济和社会效益巨大。附图说明 [0006] 图1为本发明的俯视图（无外壳）。 [0007] 图2为本发明的侧视图（图中虚线为外壳22）。 [0008] 图3为本发明的控制电路图。 具体实施方式[0009] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。 [0010] 由图1-3所示，本发明包括车架、电机、蓄电池和支架，车架1后部中间装有驱动轮11，驱动轮11上面的车架上装有控制装置4，车架1前部的中间装有车轮5，车轮上同轴装有磁盘6，磁盘6周边处装有均布的磁钢3和霍尔传感器7，前部车轮5与后部的驱动轮11之间的车架上装有蓄电池2，车架的后部两边设置有对称的两个相同结构的升降装置，每个升降装置的结构是，支架10与装在车架上的用于驱动支架升、降的齿轮14相连，齿轮14与装在车架上的驱动电机12相连，支架10下端装有支撑活动轮8、触地开关20和下限开关9，支架10顶端设有上限位开关13，齿轮14旁边装有齿条15，齿条15与支架10固定在一起，驱动电机12和控制装置4相连，控制装置4通过第一导线16与蓄电池2相连，控制装置4通过第二导线17与驱动电机12相连，控制装置4通过第三导线18与下限开关9相连，控制装置4通过第四导线19与上限位开关13相连，控制装置4通过第五导线21与触地开关 20相连，控制装置4的单片机IC经光电耦合器隔离，与场效应管相连，场效应管与驱动电机12相连，场效应管另一端和蓄电池相连，光电耦合器另一端和蓄电池相连，单片机IC经串联的三端稳压器VRL、直流二极管与蓄电池相连，霍尔传感器7与控制装置4相连，控制装置4控制驱动电机12的正转或反转，驱动电机12带动齿轮14的正转或反转，齿轮14通过齿条15带动支架10的升、降，构成自动平衡升降支架结构； 控制装置的平衡传感器U11的输出信号以地球重力方向，自动检测并输出与地球重力方向偏移角度的电压信号，当车架向左倾斜时，平衡传感器U11的12脚输出低于平衡电压的信号（平衡电压就是芯片供电电压的一半），经运算放大器U10的处理，由运算放大器U10的8脚输出高电平信号，运算放大器U10的8脚与单片机2脚相连，单片机2脚接收到高电平信号，控制第一电机反转和第二电机正转微小距离，通过轮盘带动左侧支架下降微小距离和右侧支架上升微小距离，使车架向右侧移动微小距离，当车架仍未达到平衡，继续上述过程，直到平衡传感器U11输出等于平衡电压的信号，至此车身达到平衡；当车架向右倾斜时，平衡传感器U11的12脚输出高于平衡电压的信号，经运算放大器U10处理，由运算放大器U10的14脚输出高电平信号，运算放大器U10的14脚与单片机3脚相连，单片机3脚接收到高电平信号，控制第一电机正转和第二电机反转微小距离，通过轮盘带动左侧支架上升微小距离和右侧支架下降微小距离，使车架向左侧移动微小距离，当车架仍未达到平衡，继续上述过程，直到平衡传感器U11输出等于平衡电压的信号，车身达到平衡，实现封闭型两轮轿车的自动平衡升降支撑。 [0011] 为了保证使用效果，所述的控制装置4是由壳体及其控制电路构成，控制电路包括单片机IC、场效应管和光电耦合器，场效应管包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6、第七场效应管Q7和第八场效应管Q8；光电耦合器包括第一光电耦合器U1、第二光电耦合器U2、第三光电耦合器U3、第四光电耦合器U4，单片机IC的17脚经串联的电阻R18、接地的第一光电耦合器U1和电阻R4与第一场效应管Q1和第三场效应管Q3的栅极相连，电阻R4的另一端接地，第一场效应管Q1和第三场效应管Q3的漏极相连并和左电机M1的1脚相连，第一场效应管Q1和第三场效应管Q3的源极分别和蓄电池的正负极相连，第一光电耦合器U1接直流电源VCC；单片机IC的16脚经串联的电阻R19、接地的第二光电耦合器U2和电阻R3与第二场效应管Q2和第四场效应管Q4的栅极相连，电阻R3的另一端接地，第二场效应管Q2和第四场效应管Q4的漏极相连并和左电机M1的2脚相连，第二场效应管Q2和第四场效应管Q4的源极分别和蓄电池的正负极相连，第二光电耦合器U2接直流电源VCC；左电机M1经并联的第一场效应管Q1、第三场效应管Q3和并联的第二场效应管Q2、第四场效应管Q4接电机电源插座P4； 单片机IC的15脚经串联的电阻R20、接地的第三光电耦合器U3和电阻R2与第五场效应管Q5和第七场效应管Q7的栅极相连，电阻R2的另一端接地，第五场效应管Q5和第七场效应管Q7的漏极相连并和右电机M2的1脚相连，第五场效应管Q5和第七场效应管Q7的源极分别和蓄电池的正负极相连，第三光电耦合器U3接直流电源VCC； 单片机IC的14脚经串联的电阻R21、接地的第四光电耦合器U4和电阻R1与第六场效应管Q6和第八场效应管Q8的栅极相连，R1的另一端接地，第六场效应管Q6和第八场效应管Q8的漏极相连并和右电机M2的2脚相连，第六场效应管Q6和第八场效应管Q8的源极分别和蓄电池的正负极相连，第四光电耦合器U4接直流电源VCC；右电机M2经并联的第五场效应管Q5、第七场效应管Q7和并联的第六场效应管Q6、第八场效应管Q8接电机电源插座P4； 单片机IC的13脚与左电机M1的下限位开关S1相连，下限位开关S1另一端并接地； 单片机IC的12脚与左电机M1的上限位开关S2相连，上限位开关S2另一端并接地； 单片机IC的11脚与右电机M2的下限位开关S3相连，下限位开关S3另一端并接地； 单片机IC的19脚与左电机M1的上限位开关S4相连，上限位开关S4另一端并接地； 单片机IC的6脚与左电机M1的触地面开关S6相连，触地面开关S6另一端并接地，单片机IC的6脚与电阻R27相连，电阻R27与三极管Q9基极相连，三极管Q9的发射极接地，集电极接继电器K1的5脚，继电器K1的1脚和4脚接直流电源VCC，继电器K1的2脚接右侧指示灯插座P1，右侧指示灯用于指示第一左电机M1是否下降到与地面接触； 单片机IC的18脚与第二右电机M2的触地面开关S7相连，触地面开关S7另一端并接地，单片机IC的8脚与电阻R28相连，电阻R28与三极管Q10基极相连，三极管Q10的发射极接地，集电极接继电器K2的5脚，继电器K2的1脚和4脚接直流电源VCC，继电器K2的 2脚接左侧指示灯插座P2，左侧指示灯用于指示第二右电机M2是否下降到与地面接触（第一左电机M1、第二右电机M2即图1中的左右两个驱动电机12）； 单片机IC的9脚经与并联的接地电容C6、电容C8相连，并经三端稳压器与并联的接地电容C5、电容C7、电源VCC和二极管D5的负极相连，二极管D5的正极经电源插座P3接蓄电池； 单片机IC的10脚经并联的电容C4、锁定开关S5接地；单片机IC的20脚接霍尔传感器7的插座P5的3脚及电阻R9的一端，电阻R9的另一端与电阻R8、电阻R7、电阻R6、电阻R5、电阻R10、霍尔传感器（P5）7的1脚及单片机IC 的9脚相连，并经电容C2接地，霍尔传感器（P5）7的2脚接地，单片机IC的7脚接地，5脚经电阻R43与三极管Q11的基极相连，三极管Q11的发射极接地，集电极接蜂鸣器LS1，蜂鸣器LS1另一端与单片机IC的 9脚相连，单片机IC的1脚接电阻R6另一端，电容C7、电容C5、电容C6、电容C8的另一端接地。 [0012] 平衡传感器U11的3、5、6、7脚接地，14、15脚接运算放大器U10的4脚和三端稳压器VRL的3脚，平衡传感器U11的12脚接电阻R32，电阻R32接电阻R33和运算放大器U10的2脚，电阻R33的另一端接运算放大器U10的1脚、10脚和13脚，运算放大器U10的8脚接单片机IC的2脚，运算放大器U10的14脚接单片机IC的3脚，9脚接电阻R36和电阻R38，电阻R36另一端接三端稳压器VRL的3脚，电阻R38的另一端接运算放大器U10的12脚和电阻R37，电阻R37的另一端接地，运算放大器U10的11脚、3脚接地，三端稳压器VRL的1脚经二极管D5接电源插座P3，所述的驱动电机是直流电机、无刷电机或步进电机，以及其它适于应用的驱动电机。 [0013] 所述的磁盘和霍尔传感器也可用车辆后驱动轮上的电机里面的磁盘和霍尔传感器。 [0014] 所述的第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6型号均为FQP36P15，第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第七场效应管Q7和第八场效应管Q8的型号为FQP90N15，必要时，还可采用其他型号的场效应管或者继电器。 [0015] 所述单片机IC型号为STM8S103F，也可采用其他型号单片机。 [0016] 所述平衡传感器U11型号为ADXL335，或陀螺仪，也可采用其它适用的平衡传感器。 [0017] 由上述可知，本发明采用包括有车架、蓄电池、磁盘上的磁钢、控制装置（在实际制作时，控制装置的电路是装在电路板上）、升降支架，控制装置安装在车架上，磁钢安装在和前轮5相连接的磁盘6上，霍尔传感器7安装在支架下端（也可使用驱动轮内部自带的霍尔传感器），支撑活动轮8、安装在支撑活动轮旁边的触地面开关9或支架10，可制动直流电机12、后驱动轮11和控制装置。 [0018] 前轮5、安装磁钢的磁盘6、霍尔传感器（又称霍尔感应器）7安装在车架1上和安装在前轮5上的磁盘6平行相邻，用屏蔽的导线连接到控制装置上，或利用安装在后驱动轮11上的电机里边的磁钢、霍尔传感器，用屏蔽的导线连接到控制装置上使用，触地面开关9和支撑活动轮8平行安装在升降支架10下端，以保证电机在转动时能带动升降支架10上升或下降。 [0019] 要指出的是，上述给出的仅仅是实施例，是用于说明本发明的具体实施情况，而不是用于限制本发明，凡是在本申请技术的范围内采用替代或替换手段所作出的等同或等效的本质上与本发明相同的技术方案，均属于本发明的保护范围。 [0020] 本发明的工作情况是，使用时，骑乘者坐在两轮轿车内，行车时自动实现支架的升、降，方便、平稳的将两轮轿车经支架支于地面上，其工作原理是，由于采用单片机与霍尔传感器来检测车速，霍尔传感器具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，驱动部分采用场效应管(也可使用继电器)，控制驱动电机的正反转从而实现支架的升起或降落，因左右两边分别装有支架下端限位开关，落到位时，限位开关闭合，电机停止转动。当开启电源，电动车行走时，到达一定的速度后(锁定开关处于开启状态)霍尔传感器把收到的信号频率，转换成车速，确定达到一定的转速时，单片机IC的17脚、15脚输出高电平，从而第一光电耦合器U1、第三光电耦合器U3导通，三极管Ql、三极管Q3导通，第一继电器Jl和第三继电器J3吸合，从而第一电机M1和第二电机M2正转，左右两边支架，同时升起，当某一边支架到位时，第一光电耦合器U1、第三光电耦合器U3导通，从而单片机对应的引脚被拉低电平，单片机检测到低电平，确定已经到位，从而停止电机的运转。当车速低到一定程度时(锁定开关处于开启状态)，单片机的16脚、14脚输出高电平，第二光电耦合器U2、第四光电耦合器U4导通，从而三极管Q2、三极管Q4导通，第二继电器J2、第四继电器J4吸合，第一电机Ml和第二电机M2反转，支架降落，当某一边支架到位时，第二光电耦合器U2、第四光电耦合器U4导通，从而单片机对应的引脚被拉低电平，单片机检测到低电平，确定已经到位，从而停止电机的运转；当两边支架都下降到地面后，平衡传感器给出信号，通知单片机IC车身是否倾斜，如果倾斜，单片机控制两侧电机正转或反转，调整支架，使车身平衡，为下次行车时上升支架做准备；当锁定开关处于锁定状态时，不检测车速，不执行相应的升起降落操作。本发明对两轮轿车的支架升降完全是自动控制的，不需要人用力将支架升起或降落，使用非常方便、省力，有效解决了两轮轿车靠人工支于地面既费力、又不方便的问题，是代步工具上的一大创新，经济和社会效益巨大。 |
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