不倒式平衡电动车模型设计
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摘 要：本文主要讲述的是一款自平衡式的电动车模型，它包括陀螺仪模块，调速控制模块和显示模块，主要是基于陀螺仪的原理让电动车在静止时仍能够保证稳定不倒，在一定程度上提高了电动车的安全。
关键词：自平衡;陀螺仪;电动车
本文所述的陀螺仪电机是由独轮电动车一个动量飞轮轮组模块组成。本电动机为直流电刷，编码器线数为13线，编码器供电电压为5V，电动机供电电压为12V，电动机最大工作电流>5A。
一、不倒式平衡的原理
下陀螺仪的基本原理及其的作用：这种辅助装置是利用当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其专用稳专用电机动量飞轮轮组模块*1、法兰联轴器*1、XH2.54 6P双头排线*1、XH2.54 6P单头排线*1、XH2.54 6P弯接头、XH2.54 6P直接头，如图1所示。
其定性随以下的物理量而改变：（1）转子的转动惯量愈大，稳定性愈好;（2）转子角速度愈大，稳定性愈好。
进动性的大小也有三个影响的因素：（1）外界作用力愈大，其进动角速度也愈大;（2）转子的转动惯量愈大，进动角速度愈小;（3）转子的角速度愈大，进动角速度愈小。
二、不倒式平衡电动车的主要部件
（1）加速度传感器。由于陀螺仪有严重的温度漂移，对陀螺仪的积分并不能得到当前车身的准确的角度。也就无法控制车身的平衡，因此为了得到当前的车身角度，必须使用加速度计。我们使用的是MMA7361，MMA7361具有工作电压第（2.2～36V），灵敏度高（800mv/g）的特点。MMA7361是三轴加速度计。其三个输出信号与对应的轴的加速度成比例。电路如图所示。
（2）液晶屏。液晶屏相对于数码来说具有显示内容直观，可显示图像和汉字的优点。在车身添加液晶屏模块可以使调试更加方便，因此本次车身上我们添加了液晶屏模块。
（3）陀螺仪接口。陀螺仪在保持车身的平衡方面极其重要，为了方便更换，我们并未将陀螺仪直接画在主板上。由于使用的是单片机本身的AD，所以陀螺仪的接口很简单。电路如图3所示。
动手安装的部分就不给大家详说了，其陀螺仪由于结构较大，安装在电动车的中间部分，外围应用盖罩防护，以免陀螺仪上的飞轮高速旋转时将人刮伤（该产品未能假装护罩，仅为实验模拟使用）电源部分安装在陀螺仪后端，从而减少了电源线的距离，保证其连接的可靠性。
（4）电路板的安装。为了使小车具有较好的稳定性及转向性能，我们在搭建小车时尽量选择降低重心，因此也将电路板安装在了电机上方，从而实现降低重心，提高小车的稳定性。
三、不倒式电动车模型的介绍
其工作原理是：当启动电源时，其中的平衡模块感应装置将会感应计算出电动车此时的状态及倾斜角，从而把信息传给ECU，ECU通过计算电动车的倾斜角从而调整动量飞轮轮组的转速，随着飞轮轮组的转动，会出现一种转动惯量，所以车子就会慢慢的平稳直立，随着转速的不断增加，转动惯量也在不断地增加，车子即更加的平稳。为了能够实现小车的平稳，所以在保证其能越过障碍的时候，应尽量降低重心，这就更能保证其稳定性。
小车参数：
重量：790g
體积280*85*155mm
小车续航时间：20分钟
轮胎直径：69mm
控制器：STM32F103C8T6
姿态传感器：MPU6050
电池：航模3S 1100mah
充电器：航模B3充电器
显示屏：0.96寸OLED
车架材质：铝合金
功能：静止平衡
四、总结与展望
目前市场上的电动车虽然种类繁多，但是能够是本身纠正方向，静态时保持稳定的电动车还未出现，这也是研究本产品的一个重要的原因之一，还有一个原因也是因为目前交通压力较大，能够设计出新型的代步工具也是这个时代的一种进步，研究本产品的目的也是为了在人们骑行中能够保证车子的平衡性及更大的安全性和可靠性。
最终目标希望能达到在高速行驶时也能精准维持车身稳，虽然不知道何时才会正式投入应用，但光是这一段展示就够让人期待的了，相信在不久的将来人人都能安全无虞的体验电动车的美好与自由。
参考文献：
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[4]关文达.汽车构造.北京：机械工业出版社，2011（第3版）.
[5]刘莹，吴宗泽.机械设计教程.北京：机械工业出版社，2009（第2版）.
项目来源：2017年大学生创新创业训练计划项目《不倒式电动车设计》（DCY201706）
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