拆解Ninebot 九號電動平衡車：結構復雜，原理簡單
發布時間：2015-12-24 15:09
發布者：designapp
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電動平衡車，有獨輪型的，也有兩輪型的，還有滑板車型的，已經成為一道亮麗的城市風景線。電動平衡車的芯片方案哪家最強？ 電動平衡車主控芯片大多數是使用ST（意法半導體）的一款32位單片機——STM32F103系列，具體如下： STM32F103系列 品牌：ST（意法半導體） 型號：STM32F103C8、STM32F103CB、STM32F103R4、STM32F103R6、STM32F103R8、STM32F103RB 應用范圍：平衡車、無人機、智能手環、藍牙音響、物聯網家電、消費電子、血糖儀等等。 價格：8.5-9元（STM32F103R8） 兩輪平衡車的原理框架圖如下： 小車的整體組成有如下部分構成： 小車構成的電路框架如下： 主要分：傳感器模塊，核心控制模塊，電機驅動模塊，其中傳感器模塊主要由加速度計和陀螺儀兩個部件組成。 整個工作機理如下： 下面來拆解一款電動平衡車，相信大家就對它的原理一目了然了！ Ninebot 九號電動平衡車詳細拆解分析如下： Ninebot 九號 T型 自平衡電動車的電池容量為670Wh，一次充滿電后，可行駛35 - 40Km。而E型自平衡電動車的電池容量為450Wh，一次充滿電后，可行駛20 - 30Km。在實際行駛中，E型 自平衡電動車的電池可供大部分用戶連續行駛25Km以上。 目前在自平衡電動車行業里，除了Segway之外，只有Ninebot 九號的轉向機構里用的是橡膠。選用橡膠材質的優勢在于，使得Ninebot 九號的轉向手感很好，并具有良好的柔性，而且使用壽命很長，正常情況下可以使用100萬次。若使用彈簧的話，就容易老化，而且在轉向的時候會嘎啦嘎啦作響，影響手感。 Ninebot 九號T型自平衡電動車，采用的是鎂合金的機殼，與其他自平衡電動車相比，鎂合金材質會更輕。在騎行自平衡電動車的時候，電機會產生大量的熱，通過鎂合金機殼來散熱，效果更佳。同時在Ninebot 九號車體的前側下部還設計有散熱用的導風槽，當駕駛時，氣流會通過導風槽帶走鎂合金機體上的熱量。 Ninebot九號的主控板，相當于整輛車的大腦部分，也是其最核心的部位，起到平衡控制及決策車的作用。采用兩塊并行工作的32位處理器芯片，主要負責管控兩個陀螺儀，這兩塊處理器芯片的數據進行融合矯正，當一個處理器芯片出現問題的時候，另一個處理器芯片可以接替它的工作，兩者起到互相備份的作用，可謂是雙保險設計。 主控板主要接收來自陀螺儀傳輸的角度和位置信號，依據這兩個信號來控制電機轉動，當然整個電機也不是僅僅只靠一塊主控板來控制。 在主控板下方，并排排列著兩塊面積比較大的驅動板。其專業名稱為：伺服控制器。驅動板1負責兩塊電機的一套繞組，驅動板2負責兩塊電機的另一套繞組。假如其中一套繞組失效，那么另一套繞組可以繼續使用；若其中一塊驅動板崩潰掉，那么另一塊驅動板照樣可以負責兩塊電機的轉動。這是一種互相備份的設計，它能夠有效增強自平衡電動車的安全性，并降低事故率的發生，并不是每一種自平衡電動車里都會有。 值得一提的是，這種設計還帶來一個好處，就是兩塊驅動板可以在短時間內并聯工作，相當于在短時間內增大了一倍的輸出功率。這種技術對于騎著平衡車過障礙、激烈加速等場合時的安全性很有幫助，也大大提高了車子的加速性能和操控性，類似于汽車的渦輪增壓發動機。這也是Ninebot T型這個型號名稱的來源。（T=Turbo，渦輪增壓） 在兩塊驅動板的下方，是一塊很小的電源板，它主要是接駁自平衡電動車的電池，可以起到最基本的電源保護和電源管理作用。板子上有10個接頭，直接插到電池里，正極、負極各兩個，因為有兩組獨立工作的電池。另外，通過電池里的溫度傳感器、電量計等芯片，依靠兩邊的接頭可以將電池的使用壽命及次數等信息傳輸給主控板。 在車上還有四個腳踏傳感器，它可以準確的檢測到人腳是不是站在車上，專業名稱為：光電開關。它屬于非接觸式傳感器，壽命可做到無限長。為什么要設置四個呢？就是要做到無論人的腳踩在踏板的任何地方，車都會感應到，從而降低速度，調整平衡，以便提高整輛車的安全性能。對于自平衡電動車來說，光電開關是至關重要的。并且，四個光電開關中，任意一個如果損壞的話，車子也不會立即失控，其余三個光電開關會讓駕駛者繼續行駛，同時車子的主控電腦會感應到故障，并告知用戶需要檢修。 在主控板的頂部，也就是轉向軸里，有一小塊電路板，被稱作是轉向傳感器，它屬于非接觸式角度傳感器。內置兩個傳感器用來互相矯正，這塊不是起到互相備份作用，而主要是起到互相矯正的作用。當人手去轉動手把桿的時候，轉向角度傳感器就會把信號傳輸給主控板，從而來控制整輛車的行駛方向。 為什么要采用非接觸式傳感器呢？這是因為它的使用壽命很長，接近于無窮大，它不會有接觸式的磨損。部分其他品牌的自平衡電動車，可能會采用電位器，也就是可變電阻，它的壽命大概在幾萬轉左右，到達使用壽命后，就會報廢失靈。若車輛在行駛過程中，就可能會出現抖動或突然轉向的情況，非常危險。 Ninebot 九號內置雙電機設計，每個電機上都涂有導熱硅脂，通過導熱硅脂將電機與鎂合金機殼融合在一起，以便達到良好的散熱效果。 最后再來說說關于自平衡電動車的電機。上圖中黑色電機是雙繞阻電機，相當于汽車里的2.0T發動機，銀色電機是單繞阻電機，相當于汽車里的2.5自然吸氣發動機。銀色電機最大功率為1.35KW，而黑色電機最大功率為1.75KW，相比之下，黑色電機體積更小，重量也更輕，平時它可以以半功率運行，需要的時候可以滿功率運行，也算是一種節能省電設計。在Ninebot 九號T型自平衡電動車里搭載的就是黑色電機，它在重量降低的前提下，反而提升了功率輸出，并具備雙保險的安全性。在半功率運行的情況下，它又非常省電。這樣的設計也使得Ninebot 九號兼顧了續航性能和瞬間的動力輸出。 綜上，雖然電動平衡車內部結構確實比較復雜，但其原理很簡單，就是依靠電池提供動力，可自主保持平衡的電動車。電動平衡車僅適于短途代步及日常娛樂，初次駕駛者一定要注意安全。 |
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