一種輔助式電動(dòng)滑板設(shè)計(jì)

　　摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國各地的城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是城市的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施還未滿足發(fā)展需要，伴隨而來的環(huán)境交通問題令人困擾。電動(dòng)滑板作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的代步工具，實(shí)現(xiàn)了零排放、零污染，受到了人們的廣泛喜愛。但當(dāng)下流行的電動(dòng)滑板單一化的操作，無法滿足人們的使用需求，因此電動(dòng)滑板需要進(jìn)行更多元的操作改進(jìn)。如果電動(dòng)滑板能夠做到更加抗沖擊、更加防撞、更加輕量化，并且其電池的容量更大且耐沖擊，那就完全可以取代傳統(tǒng)的滑板。因此，在充分考慮到電動(dòng)滑板的強(qiáng)度、質(zhì)量、續(xù)航和操作模式等方面，對(duì)其進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)，完成了多模式智能電動(dòng)滑板，以滿足未來日常生活中不同需求。

　　本文源自科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020(32):48-49.《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》雜志是經(jīng)中國新聞出版總署備案的學(xué)術(shù)期刊。主管單位：黑龍江出版集團(tuán)有限公司，主辦單位：黑龍江省報(bào)刊出版有限公司、黑龍江省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)。《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》具有一定學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和反映各學(xué)科、各領(lǐng)域的新成果、新工藝、新產(chǎn)品等方面的論述文章，為科技工作者搭建學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。

　　自電動(dòng)滑板面世以來，由于技術(shù)的限制，電動(dòng)滑板無法代替市面上帶有競(jìng)技性質(zhì)的滑板。但是就目前的電動(dòng)滑板來說，則是受到電機(jī)、電池、重量和操作的限制，使得整體的體驗(yàn)不顯流暢。而多模式智能電動(dòng)滑板采用高分子鋰電池提供電力支持，多觸點(diǎn)感應(yīng)面板提升操作靈敏度，以及提供多種使用模式，充分滿足了日益多元化的使用需求。

　　1、電動(dòng)滑板智能控制系統(tǒng)組成

　　電動(dòng)滑板智能控制系統(tǒng)主要包括壓力感應(yīng)模塊、主控制中心、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源、電機(jī)和速度監(jiān)測(cè)模塊等其他部分，具體關(guān)系如圖1所示。

　　圖1電動(dòng)滑板智能控制系統(tǒng)

　　1.1壓力感應(yīng)模塊的選擇與設(shè)計(jì)

　　壓力感應(yīng)模塊主要由壓力傳感器和與主控中心連接的線路組成。傳感器是滑板的重要“觸覺神經(jīng)”，是滑板與外部控制信息進(jìn)行信息傳遞的重要通道，良好的傳感器可以極大的提高滑板的控制靈敏度。考慮到滑板的形狀和輕巧靈便等方面的要求，選用由高分子聚合物材料和納米導(dǎo)電材料制作成的壓電式柔性壓力傳感器[1]。該傳感器常用于可穿戴電子設(shè)備中，具有優(yōu)異的壓電性能與出色的機(jī)械強(qiáng)度、彈性和可靠性。將人腳施加到滑板板面上的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸?shù)街骺刂行摹鞲衅鞴潭ㄎ恢萌鐖D2所示。規(guī)定B-C方向?yàn)榍斑M(jìn)的正方向，當(dāng)滑板正向行駛時(shí)，若需要向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩腳同時(shí)偏向C、D處傳感器施加壓力;向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩腳同時(shí)偏向A、B處傳感器施加壓力，若需要?jiǎng)x車時(shí)，須輕踏A、D兩處，當(dāng)滑板反向行駛時(shí)，操作與正向操作相反。

　　圖2傳感器固定位置示意圖

　　圖3程序流程

　　1.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　在電動(dòng)滑板的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中最主要的是對(duì)電機(jī)的控制，即控制滑板的行駛姿態(tài)(左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn))和行駛狀態(tài)(驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài))。考慮到電動(dòng)滑板的續(xù)航和載重，采用四個(gè)功率60W的直流無刷電機(jī)(直流無刷電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小和效率高等優(yōu)點(diǎn)，電機(jī)本身沒有勵(lì)磁損耗和碳刷損耗，消除了多級(jí)減速耗，綜合節(jié)電率可達(dá)20%～60%。)，采用四機(jī)驅(qū)動(dòng)，以保證電動(dòng)滑板行駛時(shí)的各種姿態(tài)和及時(shí)制動(dòng)等各項(xiàng)要求。在輔助模式下為防止滑板速度突變，滑板內(nèi)安裝有伺服機(jī)，以保證使用安全。

　　1.3電源

　　動(dòng)力采用高分子鋰電池，相比較鋰離子電池，高分子鋰電池?zé)o電池漏液?jiǎn)栴}，電池中不含液態(tài)電解液，使用膠態(tài)的固體。其可制成薄型電池，并且電池可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成各種形狀。高分子鋰電池具有很高的耐彎曲能力且容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍。高分子鋰電池不含有污染的重金屬元素，更加符合保護(hù)環(huán)境的理念。

　　為了滿足電動(dòng)滑板較薄的厚度要求，高分子鋰電池正好可以做成扁平狀，嵌入滑板兩端板內(nèi)中下部，給電池充電時(shí)，只需要將電池的正負(fù)極與LiProBalaneeCharger的OUTPUT相接，然后設(shè)置充電時(shí)的參數(shù)，就可以給它充電了[2]。

　　1.4速度監(jiān)測(cè)模塊(霍爾測(cè)速)

　　為了保障行駛安全，實(shí)時(shí)控制滑板速度，采用霍爾傳感器測(cè)速方案監(jiān)測(cè)滑板當(dāng)前前進(jìn)速度。當(dāng)滑板速度達(dá)到14km/h時(shí)，滑板速度達(dá)到安全閾值則自動(dòng)減速，甚至剎車[3]。

　　2、主控制中心系統(tǒng)的程序流程設(shè)計(jì)

　　主控制中心采用STC89C51單片機(jī)，內(nèi)置三種使用模式指令，如圖3所示。

　　輔助模式：當(dāng)選擇輔助模式時(shí)，板面壓力傳感器停止工作，由控制中心和速度監(jiān)測(cè)模塊共同實(shí)現(xiàn)程序目標(biāo)。當(dāng)滑板在行駛中，若因外部原因加速度發(fā)生較大改變，霍爾測(cè)速器產(chǎn)生的信號(hào)值則會(huì)觸發(fā)控制中心內(nèi)置的安全閾值，調(diào)整電機(jī)速度，以保證電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。

　　娛樂模式：此模式下，所有系統(tǒng)為斷電停止運(yùn)行狀態(tài)，由外部人力作用進(jìn)行行駛。

　　電動(dòng)模式：當(dāng)選擇電動(dòng)模式時(shí)，雙腳放置在板面上，可觸發(fā)板面上的所有壓力傳感器，開啟電機(jī)，運(yùn)行滑板。傳感器無中斷發(fā)生時(shí)，則運(yùn)行默認(rèn)行駛程序：電動(dòng)滑板以約12km/h的速度前進(jìn)。若至少有一處傳感器發(fā)生中斷，則觸發(fā)減速預(yù)設(shè)指令。

　　3、總結(jié)

　　本論文完成的多模式智能電動(dòng)滑板，首先是提供三種使用模式可供選擇，其次是在不同的模式下提供不同的操作體驗(yàn)，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速度的條件下，通過對(duì)電機(jī)進(jìn)行不同要求的控制，實(shí)現(xiàn)了同一滑板多種操作模式的目的。與市場(chǎng)上銷售的電動(dòng)滑板車在控制方法上有著本質(zhì)區(qū)別，簡(jiǎn)化了電動(dòng)滑板的控制方法，具有很好的推廣價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]于江濤,孫雷,肖瑤,等.壓阻式柔性壓力傳感器的研究進(jìn)展[J].電子元件與材料,2019,38(6):1-11.

　　[2]田峰,呂宵宵,趙毅紅,等.基于電力驅(qū)動(dòng)的智能化滑板設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2017(6):4-6.

　　[3]李順霖,張盛陽,謝印忠.智能腳踏控制式電動(dòng)滑板設(shè)計(jì)[J].日用電器,2019(09):102-105.