【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，屬于交通工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通工具日益增多，面臨越來(lái)越擁擠的城市道路，路面資源與汽車數(shù)量的劇增之間的矛盾日益尖銳，對(duì)有著13億多人口的中國(guó)，讓城市道路來(lái)適應(yīng)我們的交通工具已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí)了，只有讓我們的交通工具來(lái)適應(yīng)我們的道路才是出路，同時(shí)全球變暖、臭氧層空洞、海平面上升等一系列環(huán)境問(wèn)題困擾著我們，而導(dǎo)致這種狀況的重要元兇之一便是汽車尾氣排放。所以我們需要一種節(jié)能、環(huán)保又能魚貫于擁擠人群的交通工具，來(lái)解決這些日益尖銳的矛盾。

目前市場(chǎng)上開(kāi)始流傳的自平衡電動(dòng)車，也被稱作為思維車，利用鋰電池作為動(dòng)力電源，環(huán)保又節(jié)能，或許將是我們新一代的交通工具，其運(yùn)行原理主要基于一種“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”，通過(guò)電動(dòng)車本身自動(dòng)平衡能力來(lái)維持車體在運(yùn)行方向上的平衡，一般在車體內(nèi)部設(shè)置陀螺儀即體感平衡系統(tǒng)，通過(guò)體感平衡系統(tǒng)來(lái)感知車體實(shí)時(shí)狀況，把信息傳遞給信息處理系統(tǒng)，經(jīng)信息處理系統(tǒng)對(duì)感知的信息處理后運(yùn)算出適當(dāng)?shù)闹噶顐鬟f給電機(jī)，控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)車體運(yùn)行的平衡狀態(tài)，所以駕駛者可通過(guò)重心位移來(lái)直接控制車體的加減速實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平衡。目前市場(chǎng)上的自平衡雙輪電動(dòng)車的轉(zhuǎn)向控制主要是通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算出左右兩輪電機(jī)的控制量，使得兩側(cè)車輪產(chǎn)生速度差，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。存在以下兩個(gè)問(wèn)題：1.騎行人轉(zhuǎn)向時(shí)，在高速和低速時(shí)同樣的轉(zhuǎn)向操作會(huì)有不同的感受，低速時(shí)感覺(jué)轉(zhuǎn)彎不夠靈敏，高速時(shí)感覺(jué)轉(zhuǎn)彎太急，這時(shí)因離心力比低速時(shí)大，駕駛者容易失去平衡；2．騎行過(guò)程中當(dāng)一側(cè)車輪遇障礙物時(shí)，在騎行者未做轉(zhuǎn)向操作時(shí)，車身會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向，影響騎行感覺(jué)，同時(shí)存在不安全因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為提高騎行人員在轉(zhuǎn)彎時(shí)平衡性，公開(kāi)了一種自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法，在轉(zhuǎn)向時(shí)兩車輪產(chǎn)生速度差的過(guò)程中加入車體前后方向上的運(yùn)行速度作為車體整體運(yùn)行的速度控制，控制器檢測(cè)自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，同時(shí)根據(jù)車體當(dāng)前前后方向上運(yùn)行速度得到相應(yīng)的比例系數(shù)，通過(guò)自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角度乘以相應(yīng)的比例系數(shù)計(jì)算出最終的電機(jī)調(diào)控量，控制車子轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法，所述的自平衡雙輪電動(dòng)車進(jìn)一步包括電機(jī)運(yùn)行調(diào)整控制器，調(diào)整控制器捕捉到車體內(nèi)陀螺儀、加速計(jì)數(shù)據(jù)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前車體運(yùn)行方向及速度，同時(shí)根據(jù)安裝于自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置上的霍爾傳感器捕捉到的轉(zhuǎn)向信息經(jīng)過(guò)濾波，線性化處理，得到車體轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度，根據(jù)此時(shí)的速度大小，計(jì)算出相應(yīng)的比例系數(shù)，再用自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角度乘以相應(yīng)的比例系數(shù)，得到電機(jī)控制調(diào)整量，控制器根據(jù)得到的電機(jī)控制調(diào)整量u傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，使兩電機(jī)產(chǎn)生速度差，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法，電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速v在不同區(qū)間時(shí)，自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法：k為轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比例系數(shù)、kp為速度比例系數(shù)(根據(jù)各電機(jī)的個(gè)體差異設(shè)定的速度比例系數(shù))、vl為系數(shù)調(diào)整速度下限、vh為系數(shù)調(diào)整速度上限、v為電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、v為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍根據(jù)實(shí)際設(shè)定、u為電機(jī)控制調(diào)整量、θ為方向桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度，當(dāng)控制器檢測(cè)到電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速v≤系數(shù)調(diào)整速度下限vl時(shí)，u=θ*k，k=kp*v/vl，此時(shí)轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比例系數(shù)k固定并達(dá)到最大值，控制器僅以自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化作為變量控制電機(jī)調(diào)整量，調(diào)整電機(jī)；當(dāng)vh>v>vl時(shí)：u=θ*k，k=kp*v/v；此時(shí)轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比例系數(shù)k為變量根據(jù)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度線性變化，同時(shí)控制器以自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與k的積，作控制電機(jī)調(diào)整量，調(diào)整電機(jī)；當(dāng)v>vh時(shí)：u=θ*k，k=kp*v/vh，此時(shí)轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比例系數(shù)k固定并達(dá)到最小值，控制器僅以自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化作為變量控制電機(jī)調(diào)整量，調(diào)整電機(jī)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法，所述的電機(jī)控制調(diào)整量，使兩電機(jī)產(chǎn)生速度差，為控制器僅給非轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)量，此時(shí)電機(jī)控制調(diào)整量為電機(jī)驅(qū)動(dòng)量；或控制器給非轉(zhuǎn)向側(cè)車輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)量，同時(shí)給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪電機(jī)限制量，此時(shí)電機(jī)控制調(diào)整量為電機(jī)驅(qū)動(dòng)量與電機(jī)限制量和；或控制其僅給轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機(jī)限制量，此時(shí)電機(jī)控制調(diào)整量為電機(jī)限制量。當(dāng)v≤vl優(yōu)選僅給非轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)量，或者給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪限制量（所述限制量可為電機(jī)的反向驅(qū)動(dòng)量。）；當(dāng)v>vh優(yōu)選僅給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪限制量。

本發(fā)明為提高騎行人員在直行時(shí)平衡性，提供了一種自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，當(dāng)自平衡雙輪電動(dòng)檢測(cè)到車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動(dòng)，單個(gè)電機(jī)運(yùn)行受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量，或者給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量給予另一電機(jī)適當(dāng)限制量，或者僅給予另一電機(jī)限制量，從而使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，其中電機(jī)最大運(yùn)行驅(qū)動(dòng)量為umax，受阻電機(jī)在受阻前瞬間驅(qū)動(dòng)量為u原，受阻電機(jī)受阻的驅(qū)動(dòng)量u阻，當(dāng)控制器檢測(cè)到0＜u阻＜umax-u原，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小，僅給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量，使車體回到原穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；或者，給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量給予另一電機(jī)適當(dāng)限制量，使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；或者，僅給予另一電機(jī)限制量，使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。優(yōu)選僅給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量，使車體回到原穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，當(dāng)0＜u阻＜umax-u原，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小，僅給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量，補(bǔ)償量為u等于車體偏離預(yù)定值轉(zhuǎn)動(dòng)的角度w乘于補(bǔ)償系數(shù)k,使車體回到原穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，電機(jī)最大運(yùn)行驅(qū)動(dòng)量umax，自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動(dòng)，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，受阻電機(jī)在受阻前瞬間驅(qū)動(dòng)量為u原，受阻電機(jī)受阻的驅(qū)動(dòng)量u阻，當(dāng)umax＞u阻≥umax-u原，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小，給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量給予另一電機(jī)適當(dāng)限制量，使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；或者，僅給予另一電機(jī)限制量，使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，0＜u阻＜umax-u原或umax＞u阻≥umax-u原，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小，給予受阻電機(jī)適當(dāng)補(bǔ)償量給予另一電機(jī)適當(dāng)限制量，補(bǔ)償量為u等于車體偏離預(yù)定值轉(zhuǎn)動(dòng)的角度w乘于補(bǔ)償系數(shù)k,限制量為u等于車體偏離預(yù)定值轉(zhuǎn)動(dòng)的角度w乘于限制系數(shù)k,使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，其中電機(jī)最大運(yùn)行驅(qū)動(dòng)量為umax，自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動(dòng)，單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，受阻電機(jī)在受阻前瞬間驅(qū)動(dòng)量為u原，受阻電機(jī)受阻的驅(qū)動(dòng)量u阻，當(dāng)u阻≥umax時(shí)僅給予另一電機(jī)限制量，使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，其特征在于單個(gè)電機(jī)受阻，控制器檢測(cè)到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定值的大小，u阻≥umax或0＜u阻＜umax-u原或umax＞u阻≥umax-u原僅給予另一電機(jī)限制量，限制量為u等于車體偏離預(yù)定值轉(zhuǎn)動(dòng)的角度w乘于限制系數(shù)k,使車體回到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，所述的補(bǔ)償或補(bǔ)償與限制或限制，可以同時(shí)也能用于因電機(jī)特性相差較大而引起的非操作轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，可以進(jìn)一步包括受阻解除檢測(cè)器，當(dāng)自平衡雙輪電動(dòng)車通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)到受阻解除，給控制器信號(hào)，控制器控制電機(jī)的補(bǔ)償或限制或補(bǔ)償與限制均即時(shí)取消，恢復(fù)到受阻前穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，為提高騎行人員騎行的平衡性，偏離測(cè)定及電機(jī)補(bǔ)償、限制控制，以1-10毫秒作為一個(gè)檢測(cè)周期。

本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動(dòng)車穩(wěn)定運(yùn)行控制方法及自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法，也可用于帶坐墊及把手的自平衡雙輪電動(dòng)車。

【附圖說(shuō)明】

本發(fā)明的附圖是為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，而非對(duì)發(fā)明范圍的限制。

圖1本發(fā)明自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運(yùn)行控制方法流程圖。

圖2本發(fā)明自平衡雙輪電動(dòng)示意圖。

圖3本發(fā)明自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置上的感應(yīng)器示意圖。

1、為自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置，2、為車輪，3、為車體，4、磁鐵座，5、磁鐵，6、線性霍爾傳感器。

采集計(jì)算自平衡雙輪電動(dòng)車的車身姿態(tài)速度，轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，當(dāng)轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，判斷電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，根據(jù)v≤v；vh>v>vl時(shí)；v>vh三個(gè)不同的區(qū)間分別計(jì)算轉(zhuǎn)向裝置角度比例系數(shù)，算出電機(jī)控制調(diào)整量，將控制調(diào)整量發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分；當(dāng)轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動(dòng)，車體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算電機(jī)控制調(diào)整量將控制調(diào)整量發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分；當(dāng)轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動(dòng)，車體也轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，保持現(xiàn)有穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

【具體實(shí)施方式】

本發(fā)明的實(shí)施例是為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋說(shuō)明，而非對(duì)本發(fā)明的發(fā)明范圍限制。

實(shí)施例1

騎行人員轉(zhuǎn)動(dòng)自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置，通過(guò)該裝置帶動(dòng)一對(duì)磁鐵旋轉(zhuǎn)，在磁鐵的旋轉(zhuǎn)軸心處固定安裝一線性霍爾傳感器，檢測(cè)磁場(chǎng)的變化。騎行人員轉(zhuǎn)動(dòng)自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置時(shí)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，從而引起磁場(chǎng)方向變化，導(dǎo)致磁場(chǎng)與霍爾檢測(cè)面的夾角變化，此夾角等于磁鐵旋轉(zhuǎn)角度即自平衡雙輪電動(dòng)車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)角度，而線性霍爾的輸出信號(hào)與檢測(cè)面磁場(chǎng)強(qiáng)度近似成線性關(guān)系，因此在小范圍內(nèi)，霍爾輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度近似成線性關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)霍爾數(shù)據(jù)即可知騎行人員轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。另外自平衡雙輪電動(dòng)車車身安裝有陀螺儀，加速度計(jì)檢測(cè)車身姿態(tài)。

在本控制方法中，控制器采集陀螺儀，加速計(jì)數(shù)據(jù)，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)，解算出當(dāng)前車體姿態(tài)，速度；同時(shí)采集霍爾傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)濾波，線性化處理，得到轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度，當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)此時(shí)的速度大小，計(jì)算出相應(yīng)的比例系數(shù)，再用轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動(dòng)角度乘以相應(yīng)的比例系數(shù)，得到電機(jī)控制調(diào)整量，示例性計(jì)算如下，

當(dāng)v≤vl時(shí)：k=kp*v/vl；

當(dāng)vh>v>vl時(shí)：k=kp*v/v；

當(dāng)v>vh時(shí)：k=kp*v/vh

u=θ*k

其中k為方向桿比例系數(shù)、kp為速度比例系數(shù)、vl為系數(shù)調(diào)整速度下限、vh為系數(shù)調(diào)整速度上限、v為電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、v為根據(jù)實(shí)際設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍、u為電機(jī)控制調(diào)整量、θ為方向桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將電機(jī)控制調(diào)整量u傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置，兩電機(jī)產(chǎn)生速度差，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

實(shí)施例2

控制器在采集陀螺儀，加速計(jì)數(shù)據(jù)，霍爾傳感器數(shù)據(jù)后，解算出當(dāng)前車體姿態(tài)，如發(fā)現(xiàn)當(dāng)前車體處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)，但霍爾傳感器數(shù)據(jù)顯示駕駛者未進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時(shí)，可判斷出車體為非操作轉(zhuǎn)向，這時(shí)控制器可根據(jù)車體轉(zhuǎn)向大小，給兩側(cè)電機(jī)以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，從而使車體回到直線運(yùn)行狀態(tài)，示例性補(bǔ)償量計(jì)算如下

u=w*k,

其中u為電機(jī)補(bǔ)償量，

w車體轉(zhuǎn)動(dòng)角度，

k為補(bǔ)償系數(shù)。

控制器計(jì)算出補(bǔ)償量，經(jīng)過(guò)限幅處理，傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成補(bǔ)償，同時(shí)這種補(bǔ)償也能補(bǔ)償因電機(jī)特性相差較大而引起的非操作轉(zhuǎn)向。

控制器根據(jù)線性霍爾數(shù)據(jù)判斷如果是駕駛者進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時(shí)，則不進(jìn)行此項(xiàng)補(bǔ)償。