專利名稱：用于機動車輛的控制器和控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于機動車輛的一種控制器和一種控制方法，并且尤其涉及一種用于至少具有左輪和右輪的機動車輛的控制器，該左輪和右輪獨立地被一種馬達設備(motor arrangement)驅(qū)動。根據(jù)這種機動車輛，通常通過以不同的速度驅(qū)動左輪和右輪而實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)彎。這種機動車輛的典型的示例是電動輪椅。
背景技術：
傳統(tǒng)的電動輪椅至少具有獨立地被馬達設備驅(qū)動的左輪和右輪。雖然被用于驅(qū)動輪子的馬達設備可以包括單一馬達，在馬達和輪子之間具有獨立的耦合以實現(xiàn)那些輪子的獨立驅(qū)動，但是更加普遍的是，每一個驅(qū)動輪被獨立的馬達驅(qū)動。經(jīng)常地，電動輪椅將包括兩個或者更多腳輪，腳輪旋轉(zhuǎn)以遵循行進方向，并且可選地可以設置多個進一步的固定輪。 每一個驅(qū)動輪的速度和方向限定輪椅的線性向前/反向速度和轉(zhuǎn)彎(自旋)速率。用于電動輪椅的一種典型的輸入控制接口提供具有兩個控制軸的操縱桿，一個用于控制向前/反向速度并且一個用于控制轉(zhuǎn)彎速率(或者自旋速度)。然而，將會理解，操縱桿不是必要的，并且已經(jīng)開發(fā)了很多其它類型的輸入控制接口以允許由具有各種不同的殘疾程度的用戶進行控制，例如，基于頭部的控制機構(gòu)、基于吸噴的機構(gòu)(Sip puff based mechanism)等等。在為電動輪椅的用戶提供關于它的速度和自旋的控制時，仍然普遍的是對于用戶能夠請求的速度和自旋的組合施加特定的限制。本質(zhì)上是為了安全性的原因而實現(xiàn)這點， 因為例如當輪椅靜止時可以只是請求最大自旋速度(其中左輪和右輪被沿著相反方向驅(qū)動)(以因此原位樞轉(zhuǎn)(pivot on the spot))，但是如果當輪椅已經(jīng)正在以相當?shù)木€性速度行進時請求，則這種突然的轉(zhuǎn)彎將是危險的，在最壞的情形中將使得輪椅翻倒。因此已知的是在控制接口上施加“門整形(gate shaping)”，這通常允許與低的線性速度相組合地請求較高的自旋程度，而更加嚴格地限制可以與高的線性速度相組合地請求的自旋。通常利用一種算法實現(xiàn)這種門整形，該算法將來自用戶的控制接口的信號轉(zhuǎn)換成控制輪椅的馬達的信號。即使在沒有進入其中輪椅易于傾翻的狀況的情況下，輪椅的速度和自旋的管理也仍然是有必要的，因為在轉(zhuǎn)彎期間速度和自旋的特定組合能夠?qū)τ诿恳粋€輪子的牽引產(chǎn)生效果。當進行轉(zhuǎn)彎時，一個輪子的牽引損失能夠?qū)τ谳喴蔚牟倏鼐哂胁幌Ｍ暮蠊?。牽引可以損失的一個原因是在轉(zhuǎn)彎期間作用于輪椅上的向心力，這將趨向于提升內(nèi)側(cè)輪，因此降低它的牽引。對于前輪驅(qū)動輪椅而言，這個問題更為嚴重，因為內(nèi)側(cè)輪是高扭矩輪并且因此更加可能失去牽引。如果在內(nèi)側(cè)輪上失去相當程度的處理，則輪椅可能易于不受控制地自旋進入轉(zhuǎn)彎。即使在不存在這種急劇的失控的情況下，即使較小的牽引損失可以對于輪椅的用戶引起操控困難，因為輪椅遵循的轉(zhuǎn)彎半徑將不對應于用戶控制的操作所請求的轉(zhuǎn)彎半徑。對于這個問題的傳統(tǒng)的門整形方案能夠必定防止輪椅翻倒，但是由于在相對速度和自旋上施加的限制影響輪椅的平穩(wěn)轉(zhuǎn)向感而仍然遭遇在輪椅的操控特性方面的問題，并且已經(jīng)在特定的操縱桿要求區(qū)域中導致自旋速度的、過度嚴重的抑制。能夠在由美國紐約的Curtis Instruments公司制作的“enAble40 Powerchair Control System”手冊中；在美國專利5，033，000和5，307，888中；和在美國專利申請公開 2010/0007299A1中找到關于本發(fā)明的一些背景技術信息。提供一種可以減輕以上討論的問題的、用于控制機動車輛的改進的技術將是令人期望的。

發(fā)明內(nèi)容
從第一方面來看，本發(fā)明提供一種用于至少具有左輪和右輪的機動車輛的控制器，所述左輪和所述右輪獨立地被一種馬達設備驅(qū)動，該控制器被布置成從機動車輛的用戶輸入設備接收控制信號，該控制信號確定請求的左輪速率和請求的右輪速率，其中所述機動車輛的請求的速度由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均值給出，并且其中所述機動車輛的請求的自旋由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均差給出，該控制器包括縮放單元，該縮放單元被配置為依賴于所述請求的速度和所述請求的自旋而確定縮放因子，并且按照所述縮放因子縮放所述請求的速度和所述請求的自旋這兩者以產(chǎn)生目標速度和目標自旋，其中所述控制器被配置為將所述目標速度和所述目標自旋轉(zhuǎn)換成目標左輪速率和目標右輪速率，該馬達設備響應于所述控制器從而以所述目標左輪速率驅(qū)動所述左輪并且以所述目標右輪速率驅(qū)動所述右輪。根據(jù)本發(fā)明，縮放單元被布置成依賴于用戶已經(jīng)請求的請求速度和請求自旋這兩者而確定縮放因子。這個縮放因子然后由縮放單元使用以縮放請求速度和請求自旋這兩者以產(chǎn)生目標速度和目標自旋，目標速度和目標自旋然后被轉(zhuǎn)換成相應的左輪速率和右輪速率。通過對請求的速度和請求的自旋這兩者應用相同的縮放因子，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)機動車輛的、更加平滑的操控特性得以提供。特別地，已經(jīng)有利地發(fā)現(xiàn)，機動車輛的轉(zhuǎn)彎半徑并不由于應用這個縮放因子而被改變，這使得機動車輛的轉(zhuǎn)向“感”不受影響。本發(fā)明的技術還使得轉(zhuǎn)彎半徑相對于來自用戶輸入設備的變化控制信號(例如操縱桿的角度)平滑地改變。存在其中縮放單元能夠依賴于請求的速度和請求的自旋確定縮放因子的多種方式，然而，在一個實施例中，縮放單元被配置為依賴于用于所述機動車輛的向心加速度極限而確定所述縮放因子。其是作用于機動車輛上的向心加速度，這將趨向于在轉(zhuǎn)彎時提升內(nèi)側(cè)輪，因此降低它的牽引。本發(fā)明的發(fā)明人意識到，通過依賴于向心加速度極限確定縮放因子，能夠以精確地避免其中機動車輛很可能失去牽引的那些狀況的方式管理機動車輛的操控。在一些實施例中，該縮放單元被配置為將所述向心加速度極限實現(xiàn)為向心力極限。 將會認識到，向心加速度還可以根據(jù)向心力而得以表達(通過在計算中包括有關質(zhì)量，因為 F=ma)并且該縮放單元能夠被配置為根據(jù)或者向心加速度極限或者向心力極限而操作。雖然能夠以多種方式在縮放因子中結(jié)合向心加速度極限，但是在一個實施例中， 所述縮放因子與所述向心加速度極限的平方根成比例。機動車輛的向心加速度能夠被示為與它的速度和它的自旋的乘積成比例，并且因此對于被應用于速度和自旋這兩者的縮放因子，有利的是縮放因子與向心加速度極限的平方根成比例。以此方式，速度和自旋可以被相同的因子縮放從而在不超過這個預定向心加速度極限的情況下維持要求的轉(zhuǎn)彎半徑。
根據(jù)各種因素例如機動車輛的類型、將在其中使用該機動車輛的環(huán)境、機動車輛的用戶的相對能力等等，向心加速度極限能夠被不同地定義。然而，在一個實施例中，所述向心加速度極限對應于所述機動車輛在轉(zhuǎn)彎時的向心加速度的上限，其中當所述機動車輛具有高于所述向心加速度極限的向心加速度時，在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的所述左輪和所述右輪之一失去牽引。以此方式定義向心加速度極限使得縮放單元能夠確定縮放因子，從而以將機動車輛保持在其中它在轉(zhuǎn)彎時并不失去牽引的狀況內(nèi)的方式管理機動車輛的操控。雖然能夠根據(jù)行駛狀態(tài)不斷地重新計算，或者調(diào)節(jié)向心加速度極限，但是根據(jù)一個實施例，該控制器進一步包括用于存儲所述向心加速度極限的預定值的存儲單元。因此， 當確定縮放因子時，該縮放單元能夠參考向心加速度極限的這個存儲的預定值。雖然存在其中能夠依賴于請求的速度和請求的自旋確定縮放因子的各種方式，但是根據(jù)一個實施例，縮放因子與所述請求的速度和所述請求的自旋的乘積的平方根成反比。以此方式確定縮放因子允許為了縮放速度和自旋這兩者的意圖而使用具有正確的量綱 (dimensionally correct)的標量。在一個實施例中，縮放因子(Ks。al ) 被定義為
權(quán)利要求
1.一種用于至少具有左輪和右輪的機動車輛的控制器，所述左輪和所述右輪獨立地被馬達設備驅(qū)動，所述控制器被布置成從所述機動車輛的用戶輸入設備接收控制信號，所述控制信號確定請求的左輪速率和請求的右輪速率，其中所述機動車輛的請求的速度由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均值給出，并且其中所述機動車輛的請求的自旋由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均差給出，所述控制器包括縮放單元，所述縮放單元被配置為依賴于所述請求的速度和所述請求的自旋而確定縮放因子，并且按照所述縮放因子縮放所述請求的速度和所述請求的自旋這兩者以產(chǎn)生目標速度和目標自旋，其中所述控制器被配置為將所述目標速度和所述目標自旋轉(zhuǎn)換成目標左輪速率和目標右輪速率，所述馬達設備響應于所述控制器從而以所述目標左輪速率驅(qū)動所述左輪并且以所述目標右輪速率驅(qū)動所述右輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述縮放單元被配置為依賴于用于所述機動車輛的向心加速度極限而確定所述縮放因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中所述縮放單元被配置為將所述向心加速度極限實現(xiàn)為向心力極限。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中所述縮放因子與所述向心加速度極限的平方根成比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其中所述向心加速度極限對應于所述機動車輛在轉(zhuǎn)彎時的向心加速度的上限，其中當所述機動車輛具有高于所述向心加速度極限的向心加速度時，在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的所述左輪和所述右輪之一失去牽引。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，包括用于存儲所述向心加速度極限的預定值的存儲單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述縮放因子與所述請求的速度和所述請求的自旋的乘積的平方根成反比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述縮放因子(Ksralm)被定義為( _ ICminpeiaiAccekraiicmLimii~ se^ ^ Re quested^eed ■ Re qu&siedSpin 。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述縮放因子具有上限為一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述控制信號包括向前信號和自旋信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述機動車輛是前輪驅(qū)動車輛。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，用于在采取輪椅的形式的機動車輛中使用。
13.—種機動車輛，包括 馬達設備；至少左輪和右輪，所述左輪和所述右輪獨立地被所述馬達設備驅(qū)動； 被配置為發(fā)出用于機動車輛的控制信號的用戶輸入設備，所述控制信號相應于請求的左輪速率和請求的右輪速率；和用于依賴于所述控制信號控制所述左輪和所述右輪的驅(qū)動的、根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的控制器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的機動車輛，其中所述機動車輛是輪椅。
15.一種控制至少具有左輪和右輪的機動車輛的方法，所述左輪和所述右輪獨立地被馬達設備驅(qū)動，所述方法包括以下步驟從所述機動車輛的用戶輸入設備接收控制信號，所述控制信號確定請求的左輪速率和請求的右輪速率，其中所述機動車輛的請求的速度由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均值給出，并且其中所述機動車輛的請求的自旋由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均差給出；依賴于所述請求的速度和所述請求的自旋確定縮放因子；按照所述縮放因子縮放所述請求的速度和所述請求的自旋這兩者以產(chǎn)生目標速度和目標自旋；和將所述目標速度和所述目標自旋轉(zhuǎn)換成目標左輪速率和目標右輪速率，所述馬達設備響應于所述控制器從而以所述目標左輪速率驅(qū)動所述左輪并且以所述目標右輪速率驅(qū)動所述右輪。
16.一種用于至少具有左輪和右輪的機動車輛的控制器，所述左輪和所述右輪獨立地被馬達設備驅(qū)動，所述控制器被布置成從所述機動車輛的用戶輸入設備接收控制信號，所述控制信號確定請求的左輪速率和請求的右輪速率，其中所述機動車輛的請求的速度由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均值給出，并且其中所述機動車輛的請求的自旋由所述請求的左輪速率和所述請求的右輪速率的平均差給出，所述控制器包括縮放裝置，所述縮放裝置用于依賴于所述請求的速度和所述請求的自旋確定縮放因子，并且用于按照所述縮放因子縮放所述請求的速度和所述請求的自旋這兩者以產(chǎn)生目標速度和目標自旋，其中所述控制器被配置為將所述目標速度和所述目標自旋轉(zhuǎn)換成目標左輪速率和目標右輪速率，所述馬達設備響應于所述控制器從而以所述目標左輪速率驅(qū)動所述左輪并且以所述目標右輪速率驅(qū)動所述右輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于機動車輛的控制器和控制方法。提供用于至少具有左輪和右輪的機動車輛的控制器，左輪和右輪獨立地被馬達設備驅(qū)動。控制器被布置成從機動車輛的用戶輸入設備接收控制信號，控制信號確定請求的左輪速率和請求的右輪速率。機動車輛的請求的速度由請求的左輪速率和請求的右輪速率的平均值給出，機動車輛的請求的自旋由請求的左輪速率和請求的右輪速率的平均差給出?？s放單元依賴于請求的速度和請求的自旋確定縮放因子且按照縮放因子縮放請求的速度和請求的自旋產(chǎn)生目標速度和目標自旋?？刂破鞅慌渲脼閷⒛繕怂俣群湍繕俗孕D(zhuǎn)換成目標左輪速率和目標右輪速率并且該馬達設備響應于控制器以目標左輪速率驅(qū)動左輪且以目標右輪速率驅(qū)動右輪。
文檔編號A61G5/10GK102198032SQ20111007191
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者J. 特羅威爾 M. 申請人:Pg驅(qū)動技術有限公司