拆解Ninebot 九号电动平衡车：结构复杂，原理简单

电动平衡车，有独轮型的，也有两轮型的，还有滑板车型的，已经成为一道亮丽的城市风景线。电动平衡车的芯片方案哪家最强？

电动平衡车主控芯片大多数是使用ST（意法半导体）的一款32位单片机——STM32F103系列，具体如下：

STM32F103系列
品牌：ST（意法半导体）
型号：STM32F103C8、STM32F103CB、STM32F103R4、STM32F103R6、STM32F103R8、STM32F103RB
应用范围：平衡车、无人机、智能手环、蓝牙音响、物联网家电、消费电子、血糖仪等等。
价格：8.5-9元（STM32F103R8）

两轮平衡车的原理框架图如下：

小车的整体组成有如下部分构成：



小车构成的电路框架如下：



主要分：传感器模块，核心控制模块，电机驱动模块，其中传感器模块主要由加速度计和陀螺仪两个部件组成。
整个工作机理如下：



下面来拆解一款电动平衡车，相信大家就对它的原理一目了然了！

Ninebot 九号电动平衡车详细拆解分析如下：
  








Ninebot 九号 T型 自平衡电动车的电池容量为670Wh，一次充满电后，可行驶35 - 40Km。而E型自平衡电动车的电池容量为450Wh，一次充满电后，可行驶20 - 30Km。在实际行驶中，E型 自平衡电动车的电池可供大部分用户连续行驶25Km以上。













目前在自平衡电动车行业里，除了Segway之外，只有Ninebot 九号的转向机构里用的是橡胶。选用橡胶材质的优势在于，使得Ninebot 九号的转向手感很好，并具有良好的柔性，而且使用寿命很长，正常情况下可以使用100万次。若使用弹簧的话，就容易老化，而且在转向的时候会嘎啦嘎啦作响，影响手感。





Ninebot 九号T型自平衡电动车，采用的是镁合金的机壳，与其他自平衡电动车相比，镁合金材质会更轻。在骑行自平衡电动车的时候，电机会产生大量的热，通过镁合金机壳来散热，效果更佳。同时在Ninebot 九号车体的前侧下部还设计有散热用的导风槽，当驾驶时，气流会通过导风槽带走镁合金机体上的热量。



Ninebot九号的主控板，相当于整辆车的大脑部分，也是其最核心的部位，起到平衡控制及决策车的作用。采用两块并行工作的32位处理器芯片，主要负责管控两个陀螺仪，这两块处理器芯片的数据进行融合矫正，当一个处理器芯片出现问题的时候，另一个处理器芯片可以接替它的工作，两者起到互相备份的作用，可谓是双保险设计。

主控板主要接收来自陀螺仪传输的角度和位置信号，依据这两个信号来控制电机转动，当然整个电机也不是仅仅只靠一块主控板来控制。




　　
在主控板下方，并排排列着两块面积比较大的驱动板。其专业名称为：伺服控制器。驱动板1负责两块电机的一套绕组，驱动板2负责两块电机的另一套绕组。假如其中一套绕组失效，那么另一套绕组可以继续使用；若其中一块驱动板崩溃掉，那么另一块驱动板照样可以负责两块电机的转动。这是一种互相备份的设计，它能够有效增强自平衡电动车的安全性，并降低事故率的发生，并不是每一种自平衡电动车里都会有。
　　
值得一提的是，这种设计还带来一个好处，就是两块驱动板可以在短时间内并联工作，相当于在短时间内增大了一倍的输出功率。这种技术对于骑着平衡车过障碍、激烈加速等场合时的安全性很有帮助，也大大提高了车子的加速性能和操控性，类似于汽车的涡轮增压发动机。这也是Ninebot T型这个型号名称的来源。（T=Turbo，涡轮增压）


　　
在两块驱动板的下方，是一块很小的电源板，它主要是接驳自平衡电动车的电池，可以起到最基本的电源保护和电源管理作用。板子上有10个接头，直接插到电池里，正极、负极各两个，因为有两组独立工作的电池。另外，通过电池里的温度传感器、电量计等芯片，依靠两边的接头可以将电池的使用寿命及次数等信息传输给主控板。




　　
在车上还有四个脚踏传感器，它可以准确的检测到人脚是不是站在车上，专业名称为：光电开关。它属于非接触式传感器，寿命可做到无限长。为什么要设置四个呢？就是要做到无论人的脚踩在踏板的任何地方，车都会感应到，从而降低速度，调整平衡，以便提高整辆车的安全性能。对于自平衡电动车来说，光电开关是至关重要的。并且，四个光电开关中，任意一个如果损坏的话，车子也不会立即失控，其余三个光电开关会让驾驶者继续行驶，同时车子的主控电脑会感应到故障，并告知用户需要检修。


　　
在主控板的顶部，也就是转向轴里，有一小块电路板，被称作是转向传感器，它属于非接触式角度传感器。内置两个传感器用来互相矫正，这块不是起到互相备份作用，而主要是起到互相矫正的作用。当人手去转动手把杆的时候，转向角度传感器就会把信号传输给主控板，从而来控制整辆车的行驶方向。
　　
为什么要采用非接触式传感器呢？这是因为它的使用寿命很长，接近于无穷大，它不会有接触式的磨损。部分其他品牌的自平衡电动车，可能会采用电位器，也就是可变电阻，它的寿命大概在几万转左右，到达使用寿命后，就会报废失灵。若车辆在行驶过程中，就可能会出现抖动或突然转向的情况，非常危险。




　　
Ninebot 九号内置双电机设计，每个电机上都涂有导热硅脂，通过导热硅脂将电机与镁合金机壳融合在一起，以便达到良好的散热效果。


　　
最后再来说说关于自平衡电动车的电机。上图中黑色电机是双绕阻电机，相当于汽车里的2.0T发动机，银色电机是单绕阻电机，相当于汽车里的2.5自然吸气发动机。银色电机最大功率为1.35KW，而黑色电机最大功率为1.75KW，相比之下，黑色电机体积更小，重量也更轻，平时它可以以半功率运行，需要的时候可以满功率运行，也算是一种节能省电设计。在Ninebot 九号T型自平衡电动车里搭载的就是黑色电机，它在重量降低的前提下，反而提升了功率输出，并具备双保险的安全性。在半功率运行的情况下，它又非常省电。这样的设计也使得Ninebot 九号兼顾了续航性能和瞬间的动力输出。

综上，虽然电动平衡车内部结构确实比较复杂，但其原理很简单，就是依靠电池提供动力，可自主保持平衡的电动车。电动平衡车仅适于短途代步及日常娱乐，初次驾驶者一定要注意安全。