用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動車技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控 制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動平衡車主要是基于車體內(nèi)部陀螺儀和加速度傳感器所檢測到的車體姿態(tài)變 化，在動態(tài)穩(wěn)定原理基礎(chǔ)上通過電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)車體運(yùn)動中的平衡。目前的電動平衡車的 控制系統(tǒng)主要涉及到車載端控制這類單端控制系統(tǒng)，例如，公開號為"CN102874356A"的中 國發(fā)明專利中公開了一種雙輪自平衡車輛控制系統(tǒng)，涉及到平衡車控制系統(tǒng)組成，是一種 單端控制系統(tǒng)，當(dāng)人遠(yuǎn)離平衡車時，無法獲知平衡車的運(yùn)行狀態(tài)，即使被盜也無法獲知，所 以其安全性差。
[0003] 另外，目前大多數(shù)電動平衡車中采用的是非輪轂電機(jī)，然而非輪轂電機(jī)式的電動 平衡車的控制系統(tǒng)往往存在驅(qū)動效率低、性能差、電路復(fù)雜、成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出一種具 有良好安全性和驅(qū)動性能的用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明的一種用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)，包括車載端裝置和可視多 媒體控制裝置；所述車載端裝置包括第一控制模塊、第一無線傳輸模塊、右輪轂電機(jī)驅(qū)動模 塊、左輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)檢測模塊、腳踏檢測模塊和轉(zhuǎn)向檢測模塊；所述第一控制模 塊分別與第一無線傳輸模塊、右輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊、左輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)檢測模塊、 腳踏檢測模塊和轉(zhuǎn)向檢測模塊連接；
[0006] 所述可視多媒體控制裝置包括第二控制模塊、第二無線傳輸模塊、觸摸屏和第一 數(shù)據(jù)存儲模塊；所述第二控制模塊分別與第二無線傳輸模塊、觸摸屏和第一數(shù)據(jù)存儲模塊 連接；所述觸摸屏用于接收電動平衡車啟動密碼，多媒體播放控制信號，以及顯示電動平衡 車運(yùn)行狀態(tài)信息；
[0007] 所述車載端裝置和可視多媒體控制裝置之間通過所述第一無線傳輸模塊和所述 第二無線傳輸模塊進(jìn)行信息交互。
[0008] 優(yōu)選地，所述第一無線傳輸模塊和所述第二無線傳輸模塊均能采用WIFI無線傳 輸模塊、GSM無線傳輸模塊、CDMA無線傳輸模塊、紅外無線傳輸模塊或Zigbee無線傳輸模塊 來實(shí)現(xiàn)。
[0009] 優(yōu)選地，所述右輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊和左輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊均包括輪轂電機(jī)驅(qū)動電 路、霍爾轉(zhuǎn)子位置檢測電路和反電動勢轉(zhuǎn)子位置檢測電路。
[0010] 優(yōu)選地，所述輪轂電機(jī)驅(qū)動電路包括U相驅(qū)動電路、V相驅(qū)動電路和W相驅(qū)動電路； 所述U相驅(qū)動電路包括第一光電親合器、第一 MOS管驅(qū)動芯片、第一 MOS管和第二MOS管； 第一光電親合器的輸出端與第一 MOS管驅(qū)動芯片的輸入端連接，第一 MOS管驅(qū)動芯片的輸 出端分別與第一 MOS管和第二MOS管的柵極連接，第一 MOS管的源極與第二MOS管的漏極 連接后與輪轂電機(jī)定子繞組的U相連接，第一 M0S管的漏極與電源端連接，第二M0S管的源 極接地；
[0011] 所述V相驅(qū)動電路包括第二光電耦合器、第二M0S管驅(qū)動芯片、第三M0S管和第四 M0S管；第二光電耦合器的輸出端與第二M0S管驅(qū)動芯片的輸入端連接，第二M0S管驅(qū)動芯 片的輸出端分別與第三M0S管和第四M0S管的柵極連接，第三M0S管的源極與第四M0S管 的漏極連接后與輪轂電機(jī)定子繞組的V相連接，第三M0S管的漏極與電源端連接，第四M0S 管的源極接地；
[0012] 所述W相驅(qū)動電路包括第三光電耦合器、第三M0S管驅(qū)動芯片、第五M0S管和第六 M0S管；第三光電耦合器的輸出端與第三M0S管驅(qū)動芯片的輸入端連接，第三M0S管驅(qū)動芯 片的輸出端分別與第五M0S管和第六M0S管的柵極連接，第五M0S管的源極與第六M0S管 的漏極連接后與輪轂電機(jī)定子繞組的W相連接，第五M0S管的漏極與電源端連接，第六M0S 管的源極接地；所述第一光電親合器、第二光電親合器和第三光電親合器的輸入端分別與 第一控制模塊的輸出端連接；
[0013] 所述霍爾轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括霍爾位置傳感器，霍爾位置傳感器與第一控制模 塊連接；
[0014] 所述反電動勢轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、 第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第一電容、第二電容和第三電容；第一 電阻的一端與第一控制模塊連接，另一端與第二電阻的一端連接；第二電阻的另一端與輪 轂電機(jī)定子繞組的U相連接；第三電阻和第一電容并聯(lián)后跨接在第二電阻的一端與電源端 之間；第四電阻的一端與第一控制模塊連接，另一端與第五電阻的一端連接；第五電阻的 另一端與輪轂電機(jī)定子繞組的V相連接；第六電阻和第二電容并聯(lián)后跨接在第五電阻的一 端與電源端之間；第七電阻的一端與第一控制模塊連接，另一端與第八電阻的一端連接； 第八電阻的另一端與輪轂電機(jī)定子繞組的W相連接；第九電阻和第三電容并聯(lián)后跨接在第 八電阻的一端與電源端之間。
[0015] 優(yōu)選地，所述姿態(tài)檢測模塊包括加速度計和陀螺儀，所述加速度計和陀螺儀分別 與第一控制模塊連接。
[0016] 優(yōu)選地，所述腳踏檢測模塊包括壓力傳感器，所述壓力傳感器與第一控制模塊連 接。
[0017] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)向檢測模塊包括轉(zhuǎn)向電位器，所述轉(zhuǎn)向電位器與第一控制模塊連 接。
[0018] 優(yōu)選地，所述車載端裝置還包括音頻解碼模塊、第二數(shù)據(jù)存儲模塊和揚(yáng)聲器；所述 音頻解碼模塊與第一無線傳輸模塊連接，所述第二數(shù)據(jù)存儲模塊和揚(yáng)聲器分別與音頻解碼 模塊連接。
[0019] 優(yōu)選地，所述車載端裝置還包括前照明燈模塊和后指示燈模塊，所述前照明燈模 塊和后指示燈模塊分別與第一控制模塊連接。
[0020] 本發(fā)明的一種對用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，包括以 下步驟：
[0021] 電動平衡車遠(yuǎn)程啟動控制步驟；
[0022] 第一控制模塊判斷是否檢測到腳踏檢測模塊輸出的腳踏信號；
[0023] 若檢測到，則進(jìn)行電動平衡車傾角直行控制步驟；
[0024] 第一控制模塊獲取電動平衡車的運(yùn)行狀態(tài)信息，控制第一無線傳輸模塊將該運(yùn)行 狀態(tài)信息發(fā)送出去；
[0025] 第二控制模塊控制第二無線傳輸模塊接收該運(yùn)行狀態(tài)信息，并控制觸摸屏對該運(yùn) 行狀態(tài)信息進(jìn)行顯示；
[0026] 若沒有檢測到，則第一控制模塊控制電動平衡車的左輪轂電機(jī)和右輪轂電機(jī)停 轉(zhuǎn)。
[0027] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明的控制系統(tǒng)及方法通過車載端裝置的第一無線傳輸模塊和可視多媒體控 制裝置的第二無線傳輸模塊、觸摸屏等，能夠?qū)⑵胶廛嚨倪\(yùn)行狀態(tài)通過觸摸屏等進(jìn)行顯示 和控制，實(shí)現(xiàn)了平衡車的可視多媒體控制，并且可實(shí)現(xiàn)電動平衡車的遠(yuǎn)程密碼啟動控制，為 電動平衡車提供了密碼保護(hù)，從而提高了電動平衡車的安全性。通過設(shè)置左輪轂電機(jī)驅(qū)動 模塊和右輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)了對輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制，能夠提高電動平衡車 的驅(qū)動、控制性能，改善了電動平衡車的駕駛性能。
[0029] 本控制系統(tǒng)及方法通過設(shè)置U相驅(qū)動電路、V相驅(qū)動電路和W相驅(qū)動電路的能夠 實(shí)現(xiàn)對輪轂電機(jī)的驅(qū)動控制，從而實(shí)現(xiàn)對輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制，并改善了電動平 衡車的驅(qū)動、控制性能。
[0030] 由于電動平衡車對電機(jī)工作性能有較高要求，任何情況下，電機(jī)工作失誤都會威 脅駕駛安全。而霍爾位置傳感器作為獨(dú)立的信號傳感元件，長時間工作或惡劣條件下都存 在失效的可能，這將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置判斷失效。本控制系統(tǒng)及方法中通過霍爾轉(zhuǎn)子位置檢 測電路和反電動勢轉(zhuǎn)子位置檢測電路，構(gòu)成了一種復(fù)合式的輪轂電機(jī)位置檢測電路，分別 對霍爾位置信號和反電動勢信號進(jìn)行檢測，第一控制模塊能夠采集霍爾位置信號，并對霍 爾真值進(jìn)行判斷，當(dāng)霍爾真值為0時，即判斷霍爾位置傳感器失效，再通過采集反電動勢信 號，將反電動勢信號作為輪轂電機(jī)位置的判斷依據(jù)，可有效避免輪轂電機(jī)正常運(yùn)行下因霍 爾位置傳感器失效而導(dǎo)致的電機(jī)停轉(zhuǎn)問題，從而提升輪轂電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性及穩(wěn)定性。
[0031] 本控制系統(tǒng)及方法通過加速度計和陀螺儀對電動平衡車的傾角進(jìn)行檢測，提高了 檢測精度，能夠?qū)崿F(xiàn)對電動平衡車傾角直行的高精度控制。
[0032] 本控制系統(tǒng)及方法通過壓力傳感器對腳踏信號進(jìn)行檢測，從而控制電動平衡車只 有在駕駛員腳踏踏板時才能前行或后退，避免在電動平衡車啟動后未剎車時直接運(yùn)動，提 高了電動平衡車的安全性。
[0033] 本控制系統(tǒng)及方法通過采用轉(zhuǎn)向電位器實(shí)現(xiàn)了對輪轂電機(jī)式電動平衡車的轉(zhuǎn)向 控制，其結(jié)構(gòu)簡單、輸出信號大、使用方便、價格低廉，可節(jié)約控制系統(tǒng)的成本。
[0034] 本控制系統(tǒng)及方法通過觸摸屏、音頻解碼模塊、前照明燈模塊、后指示燈模塊等實(shí) 現(xiàn)了電動平衡車運(yùn)行狀態(tài)信息顯示、歌曲播放以及前照明燈啟停等功能，提高了電動平衡 車的安全性和娛樂性。
【附圖說明】
[0035] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合 附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0036] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種用于輪轂電機(jī)式電動平衡車的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的右/左輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊的一種具體實(shí)現(xiàn)電路的示意 圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的一種電動平衡車控制方法的流程框圖；
[0040] 圖中附圖標(biāo)記表示為：1〇_車載端裝置，20-可視多媒體控制裝置，101-第一控 制模塊，102-第一無線傳輸模塊，103-右輪轂電機(jī)驅(qū)動模塊，104