本實用新型屬于獨輪車控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動獨輪車及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動獨輪車是一種電力驅(qū)動、具有自我平衡能力的交通工具。隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通擁堵成了必要現(xiàn)象，電動獨輪車代替自行車和電動車作為交通工具成為了主要趨勢。電動獨輪車采用獨輪設(shè)計，其驅(qū)動獨輪電機工作的控制系統(tǒng)，便更需要穩(wěn)定。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，電動獨輪車的驅(qū)動控制系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，以及僅通過電池供電導(dǎo)致其供電效率低。

因此，現(xiàn)有的電動獨輪車驅(qū)動技術(shù)存在著穩(wěn)定性差，以及僅通過電池供電導(dǎo)致其供電效率低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于提供一種電動獨輪車及其控制系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的電動獨輪車驅(qū)動技術(shù)存在著穩(wěn)定性差，以及僅通過電池供電導(dǎo)致其供電效率低的問題。

本實用新型提供了一種電動獨輪車的控制系統(tǒng)，所述電動獨輪車的車輪由電機驅(qū)動，所述控制系統(tǒng)內(nèi)置供電電源，所述控制系統(tǒng)包括：輔助電源模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊；

所述輔助電源模塊的輸入端接所述供電電源的第一輸出端，所述驅(qū)動模塊的第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端分別與所述供電電源的第二輸出端、所述輔助電源模塊的第一輸出端以及所述主控模塊的控制端一一對應(yīng)相連接，所述驅(qū)動模塊的輸出端接所述電機的輸入端，所述主控模塊的第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端分別與所述輔助電源模塊的第二輸出端、所述感測模塊的輸出端以及所述電機的反饋端一一對應(yīng)相連接；

所述供電電源通過所述輔助電源模塊對所述主控模塊進行供電，所述主控模塊根據(jù)所述感測模塊獲取到所述電動獨輪車的角度信號以及結(jié)合所述電機提供的反饋信號，控制所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述電機運行。

本實用新型還提供了一種電動獨輪車，其包括上述所述的控制系統(tǒng)。

本實用新型提供了一種電動獨輪車及其控制系統(tǒng)，電動獨輪車的車輪由電機驅(qū)動，控制系統(tǒng)內(nèi)置供電電源，該控制系統(tǒng)包括輔助電源模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊，所述供電電源通過所述輔助電源模塊對所述主控模塊進行供電，所述主控模塊根據(jù)所述感測模塊獲取到所述電動獨輪車的角度信號以及結(jié)合所述電機提供的反饋信號，控制所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述電機運行。由此通過輔助電源模塊輸出主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊所需的電源電壓，提高了整體的供電效率；以及主控模塊根據(jù)電動獨輪車的角度信號和電機提供的反饋信號控制驅(qū)動模塊，使得電機最終按照驅(qū)動模塊的控制方式運行，該控制方式穩(wěn)定性高，解決了現(xiàn)有的電動獨輪車驅(qū)動技術(shù)存在著穩(wěn)定性差，以及僅通過電池供電導(dǎo)致其供電效率低的問題。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的電動獨輪車的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所述控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第一級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為圖1所述控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第二級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)圖。

圖4為圖1所述控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第三級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本實用新型實施例提供的電動獨輪車的控制系統(tǒng)的示例電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

在本實用新型實施例中，該控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于電動獨輪車，即電動獨輪車包括該控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)所起到的作用是：通過輔助電源模塊輸出主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊所需的電源電壓，提高了整體的供電效率；以及主控模塊根據(jù)電動獨輪車的角度信號和電機提供的反饋信號控制驅(qū)動模塊，使得電機最終按照驅(qū)動模塊的控制方式運行，該控制方式穩(wěn)定性高。

圖1示出了本實用新型實施例提供的電動獨輪車的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關(guān)的部分，詳述如下：

一種電動獨輪車的控制系統(tǒng)，所述電動獨輪車的車輪由電機103驅(qū)動，所述控制系統(tǒng)內(nèi)置供電電源101，所述控制系統(tǒng)包括：輔助電源模塊104、主控模塊105、驅(qū)動模塊102以及感測模塊106；

所述輔助電源模塊104的輸入端接所述供電電源101的第一輸出端，所述驅(qū)動模塊102的第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端分別與所述供電電源101的第二輸出端、所述輔助電源模塊104的第一輸出端以及所述主控模塊105的控制端一一對應(yīng)相連接，所述驅(qū)動模塊102的輸出端接所述電機103的輸入端，所述主控模塊105的第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端分別與所述輔助電源模塊104的第二輸出端、所述感測模塊106的輸出端以及所述電機103的反饋端一一對應(yīng)相連接；

所述供電電源101通過所述輔助電源104模塊對所述主控模塊105進行供電，所述主控模塊105根據(jù)所述感測模塊106獲取到所述電動獨輪車的角度信號以及結(jié)合所述電機103提供的反饋信號，控制所述驅(qū)動模塊102驅(qū)動所述電機103運行。

其中，供電電源101采用比能量大、比功率高、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)特性好、可快速放電，且效率高的鋰電池。并且，電機103是通過將自身的霍爾信號傳輸給主控模塊105，然后主控模塊105判斷當(dāng)前電機103的運動狀態(tài)，以及根據(jù)所采集的霍爾信號再控制驅(qū)動模塊102的三相輸出對電機103進行供電，讓電機103持續(xù)正常的工作。

圖2示出了本實用新型實施例提供的控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第一級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關(guān)的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，所述輔助電源模塊104包括第一級輔助單元、第二級輔助單元以及第三級輔助單元，所述第一級輔助單元的輸出端接所述第二級輔助單元的輸入端，所述第二級輔助單元的輸出端接所述第三級輔助單元的輸入端，所述第一級輔助單元將所述供電電源101輸出的電壓轉(zhuǎn)換為第一電壓值，所述第二級輔助單元將所述第一電壓值轉(zhuǎn)換為第二電壓值，所述第三級輔助單元將所述第二電壓值轉(zhuǎn)換為第三電壓值，可根據(jù)需要采用第一電壓值或者第二電壓值或者第三電壓值對主控模塊105、驅(qū)動模塊102以及感測模塊106供電，提高其供電效率，其中，所述第一電壓值為+15V，所述第二電壓值為+5.5V，所述第三電壓值為+3.3V。

作為本實用新型一實施例，所述第一級輔助單元包括：

二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、穩(wěn)壓二極管Z1、電阻R1、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C49、電容C56、三極管Q1、三極管Q29以及變壓器T1；

所述二極管D1的陽極為所述輔助電源模塊104的輸入端，所述二極管D1的陰極接所述電阻R1的第一端，所述電阻R1的第二端通過所述電容C1接地，所述電阻R5的第一端和所述電阻R6的第一端接所述變壓器T1的第一初級線圈的輸入端，所述電阻R5的第二端接所述三極管Q29的基極，所述電阻R6的第二端接所述二極管D2的陰極，所述電容C2與所述電阻R6并聯(lián)連接，所述二極管D2的陽極與所述三極管Q29的集電極以及所述變壓器T1的第一初級線圈的輸出端相連接，所述三極管Q29的發(fā)射極與所述二極管D3的陽極、所述電阻R8的第一端以及所述電阻R10的第一端相連接，所述二極管D3的陰極接所述電阻R7的第一端，所述電阻R7的第二端與所述穩(wěn)壓二極管Z1的陰極、所述三極管Q1的集電極以及所述電阻R9的第一端相連接，所述電阻R9的第二端接所述電容C3的第一端，所述電容C3的第二端接所述變壓器T1的第二初級線圈的輸入端，所述穩(wěn)壓二極管Z1的陽極接地，所述三極管Q1的基極與所述電阻R8的第二端以及所述電容C4的第一端相連接，所述電容C4的第二端與所述電阻R10的第二端、所述三極管Q1的發(fā)射極、所述電容C56的第一端以及所述電容C49的第一端相連接，所述電容C56的第二端以及所述電容C49的第二端接地，所述變壓器T1的次級線圈的輸入端接所述二極管D4的陽極，所述二極管D4的陰極與所述電阻R10的第一端以及所述變壓器T1的第二初級線圈的輸出端相連接，所述變壓器T1的次級線圈的輸出端接地。

其中，所述第一級輔助單元為RCC電路，通常是指自振式反激變換器。它是由較少的幾個器件即可組成的高效電路，該電路可以將供電電源的電壓降壓到控制系統(tǒng)所需的+15V工作電壓。

圖3示出了本實用新型實施例提供的控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第二級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關(guān)的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，所述第二級輔助單元包括：

電阻R94、電阻R46、電阻R123、第一轉(zhuǎn)換芯片U1、電容C83、電容C5、電容C30以及二極管D11；

所述電阻R94的第一端與所述電阻R46的第一端、所述電阻R123的第一端以及所述第一轉(zhuǎn)換芯片U1的輸入端IN相連接，所述電阻R94的第二端與所述電阻R46的第二端相連接，所述電阻R123的第二端與所述第一轉(zhuǎn)換芯片U1的輸出端OUT、所述電容C83的第一端、所述電容C5的第一端以及所述二極管D11的陽極相連接，所述第一轉(zhuǎn)換芯片U1的接地端GND與所述電容C83的第二端接地，所述二極管D11的陰極接所述電容C30的第一端，所述電容C30的第二端與所述電容C5的第二端接地。在本實施例中，第一轉(zhuǎn)換芯片U1采用了型號LM2575-5.0的轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)然，轉(zhuǎn)換芯片的型號不作限定，只要能達到與本實施例第一轉(zhuǎn)換芯片U1所述的功能作用亦可。

其中，所述第二級輔助單元通過一個轉(zhuǎn)換芯片將第一級輔助單元輸出的+15V電壓轉(zhuǎn)換為+5V，并且結(jié)合上述的電路結(jié)構(gòu)，使得輸出電壓保持在+5V。

圖4示出了本實用新型實施例提供的控制系統(tǒng)中輔助電源模塊的第三級輔助單元的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關(guān)的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，所述第三級輔助單元包括：

電容C6、電容C11、電容C12、電容C66、電容C67、第二轉(zhuǎn)換芯片U6以及電阻R114；

所述第二轉(zhuǎn)換芯片U6的輸入端IN與所述電阻R114的第一端以及所述電容C12的第一端相連接，所述電阻R114的第二端接參考電壓15V，所述電容C12的第二端接所述電容C6的第二端，所述第二轉(zhuǎn)換芯片U6的輸出端OUT與所述電容C6的第一端、所述電容C11的第一端、所述電容C66的第一端以及所述電容C67的第一端相連接，所述第二轉(zhuǎn)換芯片U6的接地端GND與所述電容C6的第二端、所述電容C11的第二端、所述電容C66的第二端以及所述電容C67的第二端接地。在本實施例中，第二轉(zhuǎn)換芯片U6采用了型號LM1117的轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)然，轉(zhuǎn)換芯片的型號不作限定，只要能達到與本實施例第二轉(zhuǎn)換芯片U6所述的功能作用亦可。

其中，所述第三級輔助單元通過一個轉(zhuǎn)換芯片將第二級輔助單元輸出的+5V電壓轉(zhuǎn)換為+3.3V，并且結(jié)合上述的電路結(jié)構(gòu)，使得輸出電壓保持在+3.3V。當(dāng)然，上述的第一級輔助單元、第二級輔助單元以及第三級輔助單元輸出的電壓值可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)與輸出，從而提供了整體的供電效率。

圖5示出了本實用新型實施例提供的電動獨輪車的控制系統(tǒng)的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關(guān)的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，所述驅(qū)動模塊102包括驅(qū)動芯片U2，所述驅(qū)動芯片U2的第一電壓端VDD1、第二電壓端VDD2、接收端REC以及驅(qū)動端DRI分別為所述驅(qū)動模塊102的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端以及輸出端。在本實施例中，驅(qū)動芯片U2采用了型號TA6932的驅(qū)動芯片，當(dāng)然，驅(qū)動芯片的型號不作限定，只要能達到與本實施例驅(qū)動芯片U2所述的功能作用亦可。

其中，驅(qū)動模塊102不僅限于通過驅(qū)動芯片U2實現(xiàn)，也可以是通過三級/三相驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，一一對應(yīng)于第一級輔助單元、第二級輔助單元以及第三級輔助單元進行驅(qū)動。在三級/三相驅(qū)動電路中，可由多個功率晶體管分為上臂/下臂的形式連接電機103作為控制流經(jīng)電機103線圈的開關(guān)，并且由主控模塊105提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及驅(qū)動換相的時機。

作為本實用新型一實施例，所述主控模塊105包括微處理器U3，所述微處理器U3的第一串口端I/O1、第二串口端I/O2、反饋端TICK以及控制端CTRL分別為所述主控模塊105的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端以及控制端。在本實施例中，微處理器U3采用了型號TMS320F28023的處理芯片，當(dāng)然，處理芯片的型號不作限定，只要能達到與本實施例微處理器U3所述的功能作用亦可。

其中，主控模塊105能提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及驅(qū)動換相的時機，使電機103在負載變動時速度可以在穩(wěn)定的設(shè)定值而不會變動太大的速度。同時，主控模塊105會檢測電機103內(nèi)部的霍爾傳感器位置，做為速度回路控制，同時也做為相序控制的依據(jù)從而控制電動獨輪車的速度。另外通過讀取感測模塊106的角度信號來確定車體重心偏移方向從而控制電機103調(diào)節(jié)車身的運動方向。

作為本實用新型一實施例，所述感測模塊106包括感測芯片U4，所述感測芯片U4的感測端SEN為所述感測模塊106的輸出端。在本實施例中，感測芯片U4采用了型號MPU6500的感測芯片，當(dāng)然，感測芯片的型號不作限定，只要能達到與本實施例感測芯片U4所述的功能作用亦可。

其中，感測模塊106可以用來獲取傳感與維持方向，該感測模塊106可以由陀螺儀實現(xiàn)，因為陀螺儀是基于角動量守恒的理論設(shè)計出來的。陀螺儀主要是由一個位于軸心且可旋轉(zhuǎn)的輪子構(gòu)成。陀螺儀一旦開始旋轉(zhuǎn)，由于輪子的角動量的作用，陀螺儀就有抗拒方向改變的趨向。感測模塊106可同時測定6個方向的位置、移動軌跡和移動速度，以及能夠精確地確定運動物體的方位。感測模塊106將感測到的角度信號同步發(fā)送到主控模塊105。

作為本實用新型一實施例，供電電源101可以是具備固定電壓輸出的直流電源VCC。

以下結(jié)合圖1—圖5對一種電動獨輪車及其控制系統(tǒng)實現(xiàn)電動獨輪車工作的工作原理進行說明：

首先，啟動供電電源，供電電源101一方面對輔助電源模塊104進行供電，另一方面對驅(qū)動模塊102進行供電；則輔助電源模塊104開始工作，并輸出主控模塊105、感測模塊106以及驅(qū)動模塊102所需的電源電壓；接著，主控模塊105開始初始化檢測供電電源101和電機103的狀態(tài)，同時根據(jù)感測模塊106獲取到的角度信號以及結(jié)合電機103的反饋信號等數(shù)值調(diào)節(jié)驅(qū)動模塊102，使得電機103最終按照驅(qū)動模塊102的控制方式運行。

綜上所述，本實用新型實施例提供了一種電動獨輪車及其控制系統(tǒng)，電動獨輪車的車輪由電機驅(qū)動，控制系統(tǒng)內(nèi)置供電電源，該控制系統(tǒng)包括輔助電源模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊，所述供電電源通過所述輔助電源模塊對所述主控模塊進行供電，所述主控模塊根據(jù)所述感測模塊獲取到所述電動獨輪車的角度信號以及結(jié)合所述電機提供的反饋信號，控制所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述電機運行。由此通過輔助電源模塊輸出主控模塊、驅(qū)動模塊以及感測模塊所需的電源電壓，提高了整體的供電效率；以及主控模塊根據(jù)電動獨輪車的角度信號和電機提供的反饋信號控制驅(qū)動模塊，使得電機最終按照驅(qū)動模塊的控制方式運行，該控制方式穩(wěn)定性高，解決了現(xiàn)有的電動獨輪車驅(qū)動技術(shù)存在著穩(wěn)定性差，以及僅通過電池供電導(dǎo)致其供電效率低的問題。本實用新型實施例實現(xiàn)簡單，不需要增加額外的硬件，可有效降低成本，具有較強的易用性和實用性。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。