一種自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運行控制方法
【專利說明】一種自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運行控制方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運行控制方法，屬于交通工具技術領域。
[0003]
【背景技術】
[0004]當今社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，交通工具日益增多，面臨越來越擁擠的城市道路，路面資源與汽車數(shù)量的劇增之間的矛盾日益尖銳，對有著13億多人口的中國，讓城市道路來適應我們的交通工具已經(jīng)不太現(xiàn)實了，只有讓我們的交通工具來適應我們的道路才是出路，同時全球變暖、臭氧層空洞、海平面上升等一系列環(huán)境問題困擾著我們，而導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，來解決這些日益尖銳的矛盾。
[0005]目前市場上開始流傳的自平衡電動車，也被稱作為思維車，利用鋰電池作為動力電源，環(huán)保又節(jié)能，或許將是我們新一代的交通工具，其運行原理主要基于一種“動態(tài)穩(wěn)定”，通過電動車本身自動平衡能力來維持車體在運行方向上的平衡，一般在車體內(nèi)部設置陀螺儀即體感平衡系統(tǒng)，通過體感平衡系統(tǒng)來感知車體實時狀況，把信息傳遞給信息處理系統(tǒng)，經(jīng)信息處理系統(tǒng)對感知的信息處理后運算出適當?shù)闹噶顐鬟f給電機，控制電機來實現(xiàn)車體運行的平衡狀態(tài)，所以駕駛者可通過重心位移來直接控制車體的加減速實現(xiàn)運行平衡。目前市場上的自平衡雙輪電動車的轉(zhuǎn)向控制主要是通過檢測轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動角度，根據(jù)轉(zhuǎn)動角度計算出左右兩輪電機的控制量，使得兩側(cè)車輪產(chǎn)生速度差，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。存在以下兩個問題:1.騎行人轉(zhuǎn)向時，在高速和低速時同樣的轉(zhuǎn)向操作會有不同的感受，低速時感覺轉(zhuǎn)彎不夠靈敏，高速時感覺轉(zhuǎn)彎太急，這時因離心力比低速時大，駕駛者容易失去平衡；2.騎行過程中當一側(cè)車輪遇障礙物時，在騎行者未做轉(zhuǎn)向操作時，車身會發(fā)生轉(zhuǎn)向，影響騎行感覺，同時存在不安全因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為提高騎行人員在轉(zhuǎn)彎時平衡性，公開了一種自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法，在轉(zhuǎn)向時兩車輪產(chǎn)生速度差的過程中加入車體前后方向上的運行速度作為車體整體運行的速度控制，控制器檢測自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動的角度，同時根據(jù)車體當前前后方向上運行速度得到相應的比例系數(shù)，通過自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動的角度乘以相應的比例系數(shù)計算出最終的電機調(diào)控量，控制車子轉(zhuǎn)向。
[0007]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法，所述的自平衡雙輪電動車進一步包括電機運行調(diào)整控制器，調(diào)整控制器捕捉到車體內(nèi)陀螺儀、加速計數(shù)據(jù)以及電機驅(qū)動數(shù)據(jù)，計算出當前車體運行方向及速度，同時根據(jù)安裝于自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置上的霍爾傳感器捕捉到的轉(zhuǎn)向信息經(jīng)過濾波，線性化處理，得到車體轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動角度，根據(jù)此時的速度大小，計算出相應的比例系數(shù)，再用自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動的角度乘以相應的比例系數(shù)，得到電機控制調(diào)整量，控制器根據(jù)得到的電機控制調(diào)整量U傳送給電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，使兩電機產(chǎn)生速度差，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
[0008]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法，電機實時轉(zhuǎn)速V在不同區(qū)間時，自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法:k為轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動角度的比例系數(shù)、Kp為速度比例系數(shù)(根據(jù)各電機的個體差異設定的速度比例系數(shù))、\為系數(shù)調(diào)整速度下限、VH為系數(shù)調(diào)整速度上限、V為電機實時轉(zhuǎn)速、V為電機轉(zhuǎn)速范圍根據(jù)實際設定、U為電機控制調(diào)整量、Θ為方向桿轉(zhuǎn)動角度，當控制器檢測到電機實時轉(zhuǎn)速系數(shù)調(diào)整速度下限\時，U=0* k，k= Kp*V/\，此時轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動角度的比例系數(shù)k固定并達到最大值，控制器僅以自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)動的角度變化作為變量控制電機調(diào)整量，調(diào)整電機；當丨》\時:U= Θ * k，k=Kp* V/v ；此時轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動角度的比例系數(shù)k為變量根據(jù)電機實時轉(zhuǎn)動速度線性變化，同時控制器以自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)動的角度與k的積，作控制電機調(diào)整量，調(diào)整電機；當v>VH時:U= Θ *k，k= Kp* V/VH,此時轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動角度的比例系數(shù)k固定并達到最小值，控制器僅以自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)動的角度變化作為變量控制電機調(diào)整量，調(diào)整電機。
[0009]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法，所述的電機控制調(diào)整量，使兩電機產(chǎn)生速度差，為控制器僅給非轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機驅(qū)動量，此時電機控制調(diào)整量為電機驅(qū)動量；或控制器給非轉(zhuǎn)向側(cè)車輪電機驅(qū)動量，同時給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪電機限制量，此時電機控制調(diào)整量為電機驅(qū)動量與電機限制量和；或控制其僅給轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機限制量，此時電機控制調(diào)整量為電機限制量。當V < 優(yōu)選僅給非轉(zhuǎn)向側(cè)的車輪電機驅(qū)動量,或者給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪限制量(所述限制量可為電機的反向驅(qū)動量。)；當v>VH優(yōu)選僅給轉(zhuǎn)向側(cè)車輪限制量。
[0010]本發(fā)明為提高騎行人員在直行時平衡性，提供了一種自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，當自平衡雙輪電動檢測到車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動，單個電機運行受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小給予受阻電機適當補償量，或者給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，或者僅給予另一電機限制量，從而使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，其中電機最大運行驅(qū)動量為Umax,受阻電機在受阻前瞬間驅(qū)動量為U原，受阻電機受阻的驅(qū)動量UH，當控制器檢測到0
<UH< Umax-Us,單個電機受阻,控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小，僅給予受阻電機適當補償量，使車體回到原穩(wěn)定運行狀態(tài)；或者，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)；或者，僅給予另一電機限制量，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)。優(yōu)選僅給予受阻電機適當補償量，使車體回到原穩(wěn)定運行狀
ο
[0012]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，當0 < UH< Umax-Us,根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小，僅給予受阻電機適當補償量，補償量為U等于車體偏離預定值轉(zhuǎn)動的角度W乘于補償系數(shù)K，使車體回到原穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，電機最大運行驅(qū)動量為Umax,自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動，單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，受阻電機在受阻前瞬間驅(qū)動量為us,受阻電機受阻的驅(qū)動量UH,當Umax > UUmax-U單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)；或者，僅給予另一電機限制量，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0014]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向,0 < U阻< Umax-U^或Umax > U阻》Umax-U根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小，給予受阻電機適當補償量給予另一電機適當限制量，補償量為U等于車體偏離預定值轉(zhuǎn)動的角度W乘于補償系數(shù)K，限制量為U等于車體偏離預定值轉(zhuǎn)動的角度W乘于限制系數(shù)K，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)；
本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，其中電機最大運行驅(qū)動量為Umax,自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置未轉(zhuǎn)動，單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，受阻電機在受阻前瞬間驅(qū)動量為us，受阻電機受阻的驅(qū)動量υβ，當υβ彡Umax時僅給予另一電機限制量，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，其特征在于單個電機受阻，控制器檢測到車體發(fā)生轉(zhuǎn)向，根據(jù)車體轉(zhuǎn)向偏離預定值的大小，UH^ Umax或0 < UH
<Umax-Us或Umax > UH^ Umax-Us僅給予另一電機限制量，限制量為U等于車體偏離預定值轉(zhuǎn)動的角度W乘于限制系數(shù)K，使車體回到穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0016]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，所述的補償或補償與限制或限制，可以同時也能用于因電機特性相差較大而引起的非操作轉(zhuǎn)向。
[0017]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，可以進一步包括受阻解除檢測器，當自平衡雙輪電動車通過檢測器檢測到受阻解除，給控制器信號，控制器控制電機的補償或限制或補償與限制均即時取消，恢復到受阻前穩(wěn)定運行狀態(tài)。
[0018]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法，為提高騎行人員騎行的平衡性，偏離測定及電機補償、限制控制，以1-10毫秒作為一個檢測周期。
[0019]本發(fā)明所述的自平衡雙輪電動車穩(wěn)定運行控制方法及自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法，也可用于帶坐墊及把手的自平衡雙輪電動車。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的附圖是為了對本發(fā)明進一步說明，而非對發(fā)明范圍的限制。
[0021]圖1本發(fā)明自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向控制方法及穩(wěn)定運行控制方法流程圖。
[0022]圖2本發(fā)明自平衡雙輪電動示意圖。
[0023]圖3本發(fā)明自平衡雙輪電動車轉(zhuǎn)向裝置上的感應器示意圖。
[0024]、為自平衡雙輪電動車轉(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。
[0025]采集計算自平衡雙輪電動車的車身姿態(tài)速度，轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動角度，當轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動時，判斷電機實時轉(zhuǎn)速，根據(jù)V彡V ;VH>v>VL時；v>VH三個不同的區(qū)間分別