《电子技术应用》

平衡车到底是交通工具还是玩具

ZLG致远电子 2016/4/20 22:11:00

  在过去十几年中,对电动车行业来说,是迅猛发展的阶段。但近年来,市场形势低迷,产能扩张减速,电动车行业正在进入调整阶段。但与此同时,另外一个新兴产业——智能平衡车行业却蓬勃发展,在全国乃至全球都呈燎原之势。

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  平衡车是什么?在平衡车还没有普及开来,况且人们脑海中印象深刻的电动摩托车,电动自行车正大行其道的这么一个时代里,大多数人对于什么是平衡车这个概念还是比较模糊的,或者至少大多数人还未真正的接触过平衡车。其实,平衡车并不是一个新事物,早在2001年12月开始就已经实现了由美国发明家狄恩 卡门(Dean Kamen)发明的世界上第一款平衡车Segway的量产。当时,狄恩 卡门(Dean Kamen)是这样描述这款车的“The first self-balancing, electric-powered transportation machine”(翻译过来就是世界上第一款具有自动平衡能力、电动的交通工具),由于没有大范围在市场上流行起来,这种具备自动平衡能力,电动的交通工具在国内的叫法一直没有得到统一。

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  目前市场上的平衡车是鱼龙混杂,目前主要推崇的品牌是平衡车鼻祖赛格威和小米的九号车。小米的九号车自从将赛格威收购后,一飞冲天,中国市场份额也跃居前列。同时市场上依然有较多其他品牌如乐行天下、索罗威尔、爱斯维尔等智能平衡车。

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  以下为迷你九号平衡车的部分参数:

  1、轮子直径10.5英寸(约26厘米),双电机,总功率为700瓦。

  2、使用LG锂电池,54.8V,4300mAh。充满电后理论行驶距离约22公里。

  3、时速最高16公里/小时。可通过APP进行限速。

  4、车架使用镁合金制作,车身净重12.8公斤。载重量85公斤。

  现在市面上常见的平衡车分为双轮电动平衡车和独轮电动平衡车两种类型,在外观上,两者具有天壤之别,但实际上他们的核心工作原理是一样的。用一张双轮电动平衡车的结构图来揭开双轮电动平衡车的结构秘密。

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  智能平衡车架构

  双轮电动平衡车主要由两大部分构成,一部分是双轮电动平衡车的主体;另一部分是双轮电动平衡车的方向控制柄。

  方向控制柄就是用来控制车体运行过程中行进方向的;而双轮电动平衡车的主体才是人们称其为自平衡车(Self-balancing)的主因,以下将列举双轮电动平衡车主体的主要组成结构:

  1. 控制电路板(即我们常说的主板),控制电路板又包含了传感器模块、运算模块、电机控制驱动模块;

  2. 平衡感应组件(即陀螺仪,或者陀螺仪与加速度计的组合,至于为什么会有陀螺仪与加速度计的组合,我们将会在双轮电动平衡车工作原理一文中详细解答);

  3. 电池,目前用于平衡车中的电池以铅酸蓄电池与锂电池为主;

  4. 电机,使用在双轮电动平衡车或者独轮电动平衡车上面的电机从功能上可以大致分为直流电机、步进电机、伺服电机;从结构上主要分为有刷电机与无刷电机;从平衡车电机方案上分为独立电机加齿轮(即图中减速箱)传动方案与轮机一体的轮毂驱动方案。本文中如上图平衡车采用的是独立电机加齿轮传动方案;

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  市场上目前自平衡电动车普遍是有刷电机,毕竟它的速度要控制在20KM/h以下,可取性有刷电机更好。还有在实际生产过程中,由于有刷有齿直流电机是高速电机,齿轮的齿很小,易磨损,但力量大,爬坡能力强。而无刷直流电机,在使用过程中省去了二、三年换碳刷的麻烦。但由于在控制无刷电机的过程,要求精度极高。而且,无刷电机控制器的价钱也较高。相比之下有刷无齿的直流电机,虽然要更换碳刷,但更换碳刷是十分容易的,而且电机的控制较为简单,电机运转平稳,安全系数高。

  但是电机在复杂路况下和长时间电动情况下的损耗,是电机产商不得不面对的问题。所在在生产时候就需要针对电机的损耗、T-N曲线、效率、功率因素等相关参数进行测试。根据直流电机实验方法《GBT1311-2008》中针对电机的损耗测试需要测试铜损耗、铁损耗、杂散损耗、励磁损耗等相关,国内ZLG致远电子MPT电机测试系统在直流电机测试满足《GBT1311-2008》的测试要求,可以为直流电机测试、新能源电机测试提供完美的解决方案。


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