CN102201765B - 用于机动车辆的控制器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车辆的控制器和控制方法。提供了一种用于至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制器，其中左轮被左马达驱动并且右轮被右马达驱动。该控制器被布置成从机动车辆的用户输入设备接收控制信号。该控制器包括被配置为监视分别地来自左马达和右马达的输出信号并且依赖于该输出信号检测在左马达和右马达之间的加载失衡的马达监视电路。该马达控制电路被配置成在检测到加载失衡时向左马达和右马达中的被较轻地加载的马达应用减慢校正。

Description

用于机动车辆的控制器和控制方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的一种控制器和一种控制方法，并且特别地涉及至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制，该左轮被左马达驱动并且该右轮被右马达驱动。根据这种机动车辆，通常通过沿着相同方向驱动左马达和右马达而实现车辆的线性运动，而通常通过沿着相反方向驱动左马达和右马达而实现车辆的自旋（spinning）。这种机动车辆的一个典型的示例是电动轮椅。
背景技术
通常利用能够被独立地驱动的左轮和右轮实现机动车辆例如电动轮椅的运动。车辆的基本上向前的和反向的运动是通过沿着相同方向驱动左轮和右轮而产生的，而车辆的转弯是通过以不同的速度驱动左轮和右轮而实现的。实际上甚至可以通过沿着相反方向驱动左轮和右轮而在无显著线性运动的情况下使得车辆自旋。
利用被连接到每一个轮子的马达例如电动机驱动机动车辆的这种左轮和右轮是已知的。通常提供控制电路响应于来自用户接口（例如操纵杆）的命令信号并且使得适当的电压被施加到每一个马达以引起用户请求的运动。
进一步已知的是，电动机的性能，特别地它用以引起相关联的轮子旋转的速度，不仅依赖于被施加到马达的电压，而且还依赖于该马达所经受的负载。当负载增加时，例如当车辆正在爬坡时，对于给定的电源电压而言，增加的负载将引起马达更加缓慢地转弯。为了抵消这种效果，已知的是使得机动车辆例如电动轮椅包括实现被称作IR补偿的技术的马达控制电路。根据这项技术，该马达控制电路在它们的瞬时电压和电流消耗方面监视左和右马达。据此，马达控制电路能够确定马达速度（主要地根据所施加的电枢电压确定）和马达扭矩（主要地根据电枢电流确定）。马达控制电路然后能够识别其中由于电枢电流的增加而在马达上的负载增加（导致更高的马达扭矩）的状况。能够根据等式：
估计真实马达速度，其中k emf 是反电动势常数、V m 是被施加到马达的电压、I m 是马达汲取的电流并且R m 是马达绕组（电枢）的电阻。在这个真实马达速度和请求的马达速度之间的差异然后被计算并且校正被应用，从而例如当真实马达速度由于负载的增加而下降时，马达控制电路通过增加被供应到该马达的电压而进行补偿以维持请求的速度。
然而，已经发现基于这种补偿的反馈机制能够使得机动车辆例如电动轮椅当转弯时是相当不稳定的。当车辆是前轮驱动车辆时，这个效果是特别非常明显的，如对于电动轮椅而言经常是这种情形。对于前轮驱动车辆的这种转弯不稳定性的原因在于以下事实，即，前轮驱动车辆的质量（主要地由用户的重量和为车辆供以动力的重载电池的重量构成）的尾随中心（trailing centre）引起在内侧轮上的驱动扭矩增加，并且因此减速。这具有以下效果，即，在用户没有请求转弯半径的这种改变的情况下，车辆的转弯半径降低。更加紧凑的转弯半径导致作用于车辆上的更高的向心力（因为向心力与转弯半径成反比）并且这进一步增加了在内侧轮上的驱动扭矩，导致甚至更为紧凑的转弯半径。因此产生了真正的恶性循环，对于车辆的用户而言，这能够具有严重的后果。
应该指出，这个转弯不稳定性问题在实践中还影响到直线行驶。虽然车辆的用户可能试图直线行驶，但是将总是存在小的向左或者向右偏离（相应于非常大的转弯半径）并且转弯方向中的任何小的偏移（还被称作自旋需求）将引起具有正反馈的更为紧凑的转弯。用户必须以人工方式补偿并且一直地努力保持车辆直线行驶。所产生的“鱼尾状左右摆动（fish tailing）”对于用户而言是一种不理想的现象。
当在弧面上行驶时，对于前轮车辆而言也产生了相关的问题。在前轮后面的、车辆的质量中心的位置引起上坡轮子负载增加，并且因此减速，旋转车辆上坡。对于实现“门整形（gate shaping）算法”的前轮驱动轮椅而言，这个效果（被称作“弧面转向”）能够是特别地有问题的，因为当自旋需求增加时，这趋向于减缓轮椅，并且因此对于寻求避免这个转向效果的用户而言，可得到仅仅小的校正窗口。
能够在由美国纽约的Curtis Instruments公司制作的“enAble40 Powerchair Control System（enAble40动力椅控制系统）”手册中；在美国专利5，033，000和5，307，888中；和在美国专利申请公开2010/0007299A1中找到关于本发明的一些背景技术信息。
相应地，提供一种用于控制这种机动车辆的、改进的技术将是令人期望的。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种用于至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制器，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动，该控制器被布置成从机动车辆的用户输入设备接收控制信号，该控制器包括：马达监视电路，该马达监视电路被配置为监视分别地来自所述左马达和所述右马达的输出信号，并且依赖于所述输出信号检测在所述左马达和所述右马达之间的加载失衡；和马达控制电路，该马达控制电路被配置为在检测到所述加载失衡时对所述左马达和所述右马达中的较轻地加载的马达应用减慢校正（slowing correction）。
根据本发明的技术，一种用于机动车辆的控制器包括监视来自每一个马达的输出信号并且依赖于那些输出信号能够检测在马达之间的加载失衡的发生的马达监视电路。当检测到这种加载失衡时，马达控制电路然后向两个马达中的较轻地加载的马达应用减慢校正。根据现有技术，马达中的、比另一个被更大地加载的一个马达的检测将通常通过对于该被更大地加载的马达增加电力而作出响应。这是由于以下事实，即，每一个马达通常被单独地监视并且依赖于它的自身加载状况而将校正应用于每一个马达。例如在电动轮椅的情形中，增加在一个马达上的负载将导致更高的电压被施加到该马达，从而寻求匹配它的真实速度输出与用户请求的速度输出。然而，本发明的发明人意识到，利用这个已知方案，上述控制问题（例如转弯不稳定性和弧面转向）不能被完全地解决，并且已经发现，由于提供马达控制电路而显著地改进了这种机动车辆的可控性，该马达控制电路被配置为监视两个马达并且当检测到加载失衡时向被较轻地加载的马达应用减慢校正。
存在其中马达控制电路能够确定适当的减慢校正的多种方式，但是在一个实施例中，所述控制信号确定机动车辆的需求转弯半径并且所述马达控制电路被配置为应用所述减慢校正以保持所述需求转弯半径。将会理解，来自机动车辆的用户输入设备的控制信号将确定用户希望机动车辆采取的需求转弯半径。当然，当用户希望直线行进时，这个需求转弯半径能够是极大的。通过当在左和右马达之间发生加载失衡时确定减慢校正从而保持需求转弯半径，机动车辆的控制特性得以改进，因为车辆以更加准确地反映用户的希望的方式而响应于用户命令。
存在其中能够将控制信号转换成机动车辆的运动的各种方式，但是在实施例中所述控制信号确定左马达需求速度和右马达需求速度，所述左马达依赖于所述左马达需求速度受到控制并且所述右马达依赖于所述右马达需求速度受到控制。因此通过分别地为左和右马达中的每一个建立需求速度，可以只是依赖于它们相应的需求速度而控制左和右马达。
在一个实施例中，马达控制电路被配置为通过降低所述左马达需求速度和所述右马达需求速度之一而应用所述减慢校正。因此，可以通过降低相应于被较轻地加载的马达的需求速度而响应于加载失衡的检测应用减慢校正。
在其它实施例中，所述控制器包括左反馈控制环，其中所述左反馈控制环包括左马达速度反馈单元，该左马达速度反馈单元被配置为依赖于来自所述左马达的所述输出信号而产生反馈左马达速度；右反馈控制环，其中所述右反馈控制环包括右马达速度反馈单元，该右马达速度反馈单元被配置为依赖于来自所述右马达的所述输出信号而产生反馈右马达速度；并且所述马达控制电路包括比较电路，该比较电路用于依赖于在所述左马达需求速度和所述反馈左马达速度之间的差而控制所述左马达，和用于依赖于在所述右马达需求速度和所述反馈右马达速度之间的差而控制所述右马达。
依赖于来自那些马达的输出信号在左和右马达中的每一个中产生反馈马达速度提供了一种反馈机构，该反馈机构用于马达控制电路以稳定的方式控制左和右马达中的每一个，从而依赖于在反馈马达速度和用于该马达的需求速度之间的差而控制每一个马达。这使得马达控制电路能够依赖于对于它们的当前性能的测量而调节左和右马达的性能。
在这种实施例中，所述马达控制电路可以被配置为通过增加所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度之一而应用所述减慢校正。因此，为了向马达之一应用减慢校正，这可以如此得以实现，即通过增加该马达的反馈马达速度，从而马达控制电路的比较电路确定该马达（从比较电路的观点）当前比已经请求它转弯的速度更快地转弯，并且因此降低马达速度。
来自左马达和右马达的输出信号能够采取多种形式，但是在实施例中，分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号包括分别地左马达电流消耗和右马达电流消耗。在被电动机驱动的机动车辆中，每一个马达的电流消耗指示该马达经受的负载，并且因此分别地监视左和右马达的电流消耗使得加载失衡能够得以检测。
在这样的一些实施例中，所述左马达速度反馈单元包括左IR补偿单元，左IR补偿单元被配置为依赖于所述左马达电流消耗产生所述反馈左马达速度，并且所述右马达速度反馈单元包括右IR补偿单元，右IR补偿单元被配置为依赖于所述右马达电流消耗产生所述反馈右马达速度。用于左和右马达中的每一个的IR补偿单元分别地允许控制器补偿在每一个马达中的电枢电阻并且因此即使当在该马达上的负载改变时也在所期望的水平上维持每一个马达的输出速度。为了避免“正反馈”的控制问题，能够实现利用这种方法的仅仅局部补偿。
在一些实施例中，所述马达监视电路进一步包括马达速度确定电路，该马达速度确定电路被配置为依赖于分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号而使用完全补偿确定实际左马达速度和实际右马达速度。分别地确定左马达和右马达的实际速度使得马达监视电路能够允许马达控制电路依赖于它的被确定的实际速度控制每一个马达并且因此可以实现每一个马达的、更加稳定的速度性能。
在一些实施例中，马达控制电路被配置为依赖于所述实际左马达速度和所述实际右马达速度而确定所述减慢校正。以此方式确定减慢校正，即将实际左马达速度和实际右马达速度这两者加以考虑地，使得减慢校正能够得以确定从而机动车辆的总体运动被加以考虑，特别地机动车辆的转弯半径。
在一些实施例中，所述反馈左马达速度以因子CL增加，因子CL由公式：给出，其中VLFeedback和VRFeedback分别地是所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度，并且其中VLreal和VRreal分别地是所述实际左马达速度和所述实际右马达速度。
在一些实施例中，所述反馈右马达速度以因子CR增加，因子CR由公式：给出，其中VLFeedback和VRFeedback分别地是所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度，并且其中VLreal和VRreal分别地是所述实际左马达速度和所述实际右马达速度。
在这样的一些实施例中，所述马达控制电路被配置为将用于所述左马达的所述减慢校正限制为所述实际右马达速度的量值（magnitude）并且将用于所述右马达的所述减慢校正限制为所述实际左马达速度的量值。在一个马达的、具有小的值的实际马达速度下，另一马达需要的减慢校正可能变得不可能地大并且将一个马达的减慢校正限制为另一马达的实际马达速度的量值避免了这个问题。
在一些实施例中，所述马达控制电路被配置为当所述机动车辆的实际速度小于预定速度时减小所述减慢校正。已经发现，本发明的技术在机动车辆的较高速度下是特别地适用的，并且当在机动车辆的、较低的总体速度下减小所应用的减慢校正时，产生了更加稳定的行驶体验。
在一些实施例中，所述机动车辆是前轮驱动车辆。特别地，马达控制电路然后可以被配置成仅仅当所述前轮驱动车辆向前移动时应用所述减慢校正。如以上所讨论的那样，当该车辆向前行驶时在驱动轮后面的前轮驱动车辆的质量中心的位置产生了对本发明所提供的稳定化的需要。
相反，在其它实施例中，该机动车辆是后轮驱动车辆并且然后马达控制电路可以被配置成仅仅当所述后轮驱动车辆向后移动时应用所述减慢校正。
加载失衡可以具有多个原因，但是在实施例中，所述加载失衡由于增加在所述左轮和所述右轮之一上的加载的以下现象中的一个或者多个而出现：（a）在所述左轮和所述右轮中的至少一个和机动车辆在其上行驶的表面之间的摩擦；（b）当机动车辆转弯时机动车辆的脚轮所需的重对准；（c）机动车辆的用户的重量；（d）机动车辆在其上行驶的斜坡；（e）向心力；和（f）在非平坦障碍物上爬升或者下降。
本发明的实施例包括用于在采取轮椅的形式的机动车辆中使用的控制器。
从第二方面来看，本发明提供一种机动车辆，包括：至少左轮和右轮，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动；被配置为发出用于机动车辆的控制信号的用户输入设备；和用于根据依赖于所述控制信号而控制所述左轮和所述右轮的驱动的第一方面的控制器。
在一些实施例中，所述机动车辆是轮椅。
从第三方面来看，本发明提供一种控制至少具有左轮和右轮的机动车辆的方法，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动，该方法包括以下步骤：从机动车辆的用户输入设备接收控制信号；监视分别地来自所述左马达和所述右马达的输出信号；依赖于所述输出信号检测在所述左马达和所述右马达之间的加载失衡；和，在检测到所述加载失衡时向所述左马达和所述右马达中的被较轻地加载的马达应用减慢校正。
从第四方面来看，本发明提供一种包括计算机程序的计算机程序产品，当在计算设备上执行时，该计算机程序引起至少具有左轮和右轮的机动车辆根据第三方面的方法而受到控制，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动。
从第五方面来看，本发明提供一种用于至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制器，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动，该控制器被布置成从机动车辆的用户输入设备接收控制信号，该控制器包括：马达监视装置，该马达监视装置用于监视分别地来自所述左马达和所述右马达的输出信号，并且用于依赖于所述输出信号检测在所述左马达和所述右马达之间的加载失衡；和马达控制装置，该马达控制装置用于在检测到所述加载失衡时向所述左马达和所述右马达中的被较轻地加载的马达应用减慢校正。
根据将结合附图阅读的以下示意性实施例的详细说明，本发明以上的和其它的目的、特征和优点将是明显的。
附图说明
图1示意地示出根据一个实施例的机动车辆；
图2更加详细地示意地示出图1所示的马达控制电路；
图3示出由图1的马达控制电路采取的一系列步骤；
图4是示出半径误差随着操纵杆角度的变化的模拟的曲线图；
图5是示出所应用的反馈校正随着操纵杆角度的变化的模拟的曲线图；
图6是示出轮椅速度测量随着操纵杆角度的变化的模拟的曲线图；并且
图7是可以在本发明的实施例中使用的通用计算设备的示意表示。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的机动车辆的框图。为了以下讨论的目的，将使用其中该机动车辆是电动轮椅的示例。在图1的示例中，电动轮椅具有底盘10，两个马达驱动轮即左轮12和右轮14被连接到该底盘。此外，一对脚轮16、18也被设置在底盘上，脚轮旋转以遵循轮椅的行进方向。在所示意的示例中，轮椅是前轮驱动轮椅，从而脚轮16、18通常遵循驱动轮12、14所引导的方向（当然除了当轮椅处于反向时）。该两个马达驱动轮12、14中的每一个均独立地被马达驱动。在所示意的实施例中，左轮12被马达20驱动并且右轮14被马达22驱动。为了使得车辆向前或者向后移动，两个轮子被沿着相同的方向驱动。为了使得车辆在行驶时向左或者向右转弯，轮子被沿着相同的方向但是被以不同的速度驱动。通过沿着相反方向驱动该两个轮子12、14，这引起轮椅原地自旋，实现轮椅的、更为紧凑的转弯也是可能的。
虽然在图1A中驱动轮被设置在轮椅的前部处并且脚轮16、18被朝后设置，但是将会理解，在可替换的实施例中，驱动轮可以处于后部并且脚轮可以处于前部。实际上，在进一步的实施例中，驱动轮可以被设置在轮椅的中部，具有还设置脚轮和其它固定的非驱动轮以稳定轮椅底盘10的选择。如在图1中所示，控制单元30被设置在轮椅底盘10上，控制单元30被耦合到输入控制模块32，轮椅的用户能够经由输入控制模块32输入行驶命令。虽然控制单元30和输入控制模块32在这里被示为单独的元件，但是将会理解，在一些实施例中，这些部件可以被结合到单一外壳中。还如在图1中所示，输入控制模块32在该示例中是操纵杆，操纵杆提供直观的用户友好接口。应该指出，前轮驱动轮椅例如在图1中示意的前轮驱动轮椅将通常使得它的操纵杆被靠近轮椅的前部安装以方便用户。仅仅为了示意清楚起见，在图1中定位操纵杆32。
在轮椅上的全部电气部件均从车载电池（未被示意）接收电力，该电池通常是能够在轮椅的操作期间提供被用于驱动马达20、22的相对大电流的重载可充电电池。
控制单元30从用户输入设备32接收控制信号，基于该控制信号，它产生确定马达20、22的操作的马达控制信号。在所示意的实施例中，操纵杆32是为控制单元30提供指示向前分量和自旋分量的数字控制信号的比例操纵杆。另外，控制单元30被如此配置，使得用户请求的自旋依赖于请求的速度而受到限制。
在操作中，控制单元30接收控制信号，并且控制信号被传送到需求信号发生器34，需求信号发生器34将控制信号转换成分别地被传送到左马达控制单元50和右马达控制单元60的左马达需求速度和右马达需求速度。
左马达控制单元50和右马达控制单元60产生分别地用于左马达20和右马达22的直接控制信号。在所示意的实施例中，这些直接控制信号具有被施加到每一个马达的电压的形式，越高的电压使得马达越快地转动，马达的速度也依赖于它正在经受的电流负载。左马达控制单元50和右马达控制单元60每一个均形成反馈环的部分，其中左马达控制单元50从左马达20接收反馈信号并且右马达控制单元60从右马达22接收反馈信号。通常来自马达20、22的反馈信号包括每一个相应的马达的瞬时电流和电压测量。每一个马达控制单元执行被称作IR补偿的技术，其中根据公式：
估计每一个马达的速度，其中k emf 是反电动势常数、V m 是被施加到马达的电压、I m 是马达汲取的电流并且R m 是马达绕组的电阻（还被称作电枢电阻）。
Rm的值被编程为选择的值并且马达汲取的电流被监视。当电流改变时，被施加到马达的电压改变，其目的在于在用户输入指示恒定速度应该得以维持时保持速度恒定。这是利用比较器实现的，该比较器比较根据以上IR补偿公式计算的反馈速度与当前地要求的速度（通过用户控制确定的）。应该指出，在实践中，在IR补偿中使用的Rm的值通常仅仅是真实电枢电阻的预定比例（例如70%）。这使得由马达形成的反馈环，IR补偿和比较器能够在稳定的状况中操作。
控制单元30还包括校正控制单元70，校正控制单元70也从马达20和马达22这两者接收反馈信号。校正控制单元70的典型实施例是作为在轮椅的控制单元中的嵌入处理器的一个部分。在下面参考图7给出了这种处理器的进一步的说明。将在下面更加详细地描述校正控制单元70的操作，然而首先考虑作为轮椅运动的基础的一些数学知识是有用的。
可以如下根据左和右马达20、22的速率（分别地，VL和VR）定义轮椅的速度和自旋：
等式1：
根据这些数量，轮椅的转弯半径可以被定义为：
等式2：
其中Laxle是在驱动轮12和14之间的距离。将关于速度和自旋的表达式从等式1代入等式2中，轮椅的转弯半径然后可以被定义如下：
等式3：
应该理解为了根据等式3计算轮椅的真实转弯半径，必须使用真实左和右马达速率。然而还可以使用用于每一个马达的、根据以上IR补偿公式计算的左和右反馈速度（分别地VLFeedback和VRFeedback）计算转弯半径。然后可以根据这些数量确定真实转弯半径，引入将引起每一个马达控制器（特别地每一个比较器）根据轮椅的真实转弯半径操作的校正因子。
对于校正因子CL，作为校正因子而被引入VLFeedback，并且使得计算真实转弯半径的这两种方式等效，得到：
等式4：。
通过重新整理，“左”校正因子然后由：
等式5：，
给出，而“右”校正因子CR可以被类似地确定为：
等式6：。
如现在参考图2描述地，这些校正因子被校正控制单元70连续地确定。图2更加详细地示意地示出用于左马达20和右马达22的控制电路。左和右需求速度被从需求信号发生器34接收并且每一个进入控制环，利用该控制环，每一个马达均受到控制。
在操作中，马达监视电路26监视左马达20的性能，而马达监视电路28监视右马达22的性能。用于每一个马达的基本反馈控制环包括执行上述IR补偿并且传送被与当前需求速度比较（分别地被比较器80和82）的反馈马达速度的相应马达监视电路，并且在此基础上误差信号得以产生，该误差信号分别地经由补偿器（72，74）确定用于每一个马达的输入信号（特别地被施加到每一个马达的电压）。
根据本发明的技术，引入了也从监视器监视电路26、28接收左和右反馈马达速度的校正控制单元70。另外，左和右马达监视电路26、28为校正控制单元70提供每一个马达的真实速度（分别地VLreal和VRreal）的估计。校正控制单元70然后根据以上等式5和6确定左和右校正因子CL和CR。校正控制单元70然后能够引起校正因子被添加到或者左反馈马达速度（VLfeedback）或者右反馈马达速度（VRfeedback）。
首先，应该指出，校正控制单元70仅仅当VLreal和VRreal这两者均为正，即这个前轮驱动轮椅正在前行时才应用校正。校正控制单元70然后选择CL和CR中的无论哪个为正校正并且在适当的情况下引起这个校正值经由加法器84、86而被添加到相应反馈路径。另外，已经发现当真实马达速度（VL-real和VRreal）接近零时，所需要的校正（分别地CR或者CL）趋向于无穷大。这能够从等式5和6看出。因此，为了防止其发生，校正因子受到相对马达速度限制，即CL不能超过VRreal并且CR不能超过VLreal。最后，校正控制单元70被配置为在较低的轮椅总体速度下渐弱校正CL和CR。已经发现，本发明的技术在较高的速度下存在最大的益处，并且在较低的速度下，特别地在加速或者减速期间能够引起一些轮椅令人感到“惊慌（twitchy）”。校正的这种渐弱是根据随后的等式7计算的，等式7依赖于FadeVoltage的预定值而定义用于校正因子的缩放因子，FadeVoltage的预定值在该实施例中被设为10V。
等式7：
现在在如在图3中示意地阐明的一系列的步骤方面描述在图2中示意地表示的马达控制电路的操作。虽然步骤被描述成连续流程，但是该流程能够被考虑为在步骤115开始，在此处马达监视电路26、28分别地确定左和右马达反馈速度并且在步骤120（通常与步骤115同时地）分别地确定左和右真实马达速率。在步骤125，确定左和右真实马达速率这两者是否均为正。如果它们不是，则该流程直接地前进到步骤170（在下面描述）。
然而如果左和右真实马达速率这两者均为正，则该流程前进到步骤130，在此处校正控制单元70确定左和右马达校正值CL和CR。在步骤135，确定这些校正值中的哪一个更大。如果左马达校正值CL更大，则该流程经由左分支前进，左分支在步骤140开始，在此处左马达校正值CL被约束为正的值，并且小于或者等于当前右真实马达速率。在步骤145，应用任何适当的低速度渐弱因子，并且在步骤150，左马达校正值CL利用加法器84而被添加到左马达反馈速度值。该流程然后前进到步骤170。相应地，如果在步骤135确定右马达校正值CR更大，则该流程经由右分支前进，右分支在步骤155开始，在此处右马达校正值CR被约束为正的值，并且小于或者等于左真实马达速率。在步骤160，应用任何低速度渐弱因子，并且在步骤165，右马达校正值CR利用加法器86而被添加到右马达反馈值。该流程然后前进到步骤170。
在步骤170，左和右需求速度被从需求信号发生器34接收。然后在步骤175，比较器80、82确定相对于它们接收的左和右马达反馈速度的左和右误差。在步骤180，左和右马达20、22然后依赖于在步骤175由比较器80、82确定的误差值而被驱动（经由补偿器72，74）。该流程然后返回步骤115。
下面讨论了图4、5和6，示出了为处于稳态速度的轮椅执行的一些模拟的结果，示出各种数量相对于操纵杆角度是如何分布的。在图4中，“未校正”曲线示意当操纵杆向前（即在-90°和+90°之间）时如何产生更加紧凑的（与要求的相比）转弯半径，从而引起在控制椅子时的不稳定性。“0.7校正”曲线示出本发明的技术如何能够被用于中和负半径误差，并且“0.55校正”曲线示出所选择的补偿因子0.55如何将引起更大（与要求的相比）的转弯半径，这自然是稳定的。
图5示意左和右校正因子（CL和CR）的模拟并且清楚地例证了当相对马达变得静止时这些数量的值如何趋向于无穷大（见在大约+70°和大致-70°处的、大的尖峰）。如以上所讨论的那样，将校正值限制为相对马达的真实速度，解决了这个问题。
图6示出通过本发明的技术如何沿着向前方向增加（未校正的）反馈速度测量。注意通过相对于相对真实马达速度限制校正速度测量而避免了在±70°处的模拟尖峰。
通常已经发现，通过引入本发明的技术而实现了以下改进。首先“鱼尾状左右摆动”效果被减少。发现在该稳定化算法（实现本发明的技术）打开时直线行进容易得多。第二，在较快的转弯时的“向内自旋（spin-in）”被减少。在稳定化算法打开时，比较易于在全速下围绕四米直径的圆行驶。在稳定化算法未打开时，这是困难的，因为轮椅趋向于成螺旋状旋转为非常紧凑的转弯。第三，“弧面转向”被减少。当跨越弧面行驶时，该稳定化算法允许轮椅相对直地前进，而转弯上坡的趋势较小。进而在该稳定化算法打开时，轮椅能够跨越弧面更快地行驶，因为一般的门整形算法将通常地限制速度要求，因为操纵杆位置被用于以人工方式保持椅子直行。
图7示意地示出具有可以被用于实现上述技术的类型的通用计算设备200。如上所述，在本发明的上下文中，这能够例如是形成轮椅的控制单元的部分的嵌入处理器。通用计算设备200包括经由总线222而被连接到一起的中央处理单元202、随机存取存储器204和只读存储器206。更加充分地，通用计算设备可以被扩展为进一步包括全部经由公用总线222连接的网络接口卡208、硬盘驱动210、显示驱动器212和监视器214以及带有键盘218和鼠标220的用户输入/输出电路216。在操作中，例如当形成活动轮椅的控制系统的部分时，中央处理单元202将执行可以例如被存储在随机存取存储器204和/或只读存储器206中的计算机程序指令。通用计算设备的这些核心部件在图9中被标为230。在虚框230外侧的另外部件可以另外地例如当控制系统被连接到用于预编程或者用于发现并修理故障的诊断设置时被连接。在这种状况中，程序指令能够另外地被从硬盘驱动210获取或者经由网络接口卡208而被动态地下载。可以经由所连接的显示驱动器212和监视器214而向用户或者工程师显示所执行的处理的结果。可以经由所连接的用户输入输出电路216从键盘218或者鼠标220接收用于控制通用计算设备200的操作的用户输入。将会理解，计算机程序能够被以各种不同的计算机语言编写。计算机程序可以被本地地存储在记录介质上或者被动态地下载到通用计算设备200。当在适当的计算机程序的控制下操作时，通用计算设备200能够执行上述技术并且能够被视为形成用于执行上述技术的设备。通用计算设备200的体系能够被显著地改变并且图9仅仅是一个示例。
虽然在这里已经参考附图详细描述了本发明的示意性实施例，但是应该理解，本发明不限于那些精确的实施例，并且在不偏离如由所附权利要求限定的、本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员能够在其中实现各种改变和修改。

Claims (23)

1.一种用于至少具有左轮和右轮的机动车辆的控制器，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动，所述控制器被布置成从所述机动车辆的用户输入设备接收控制信号，所述控制器包括：
马达监视电路，所述马达监视电路被配置为监视分别地来自所述左马达和所述右马达的输出信号，并且依赖于所述输出信号检测在所述左马达和所述右马达之间的加载失衡；和
马达控制电路，所述马达控制电路被配置为在检测到所述加载失衡时对所述左马达和所述右马达中的被较轻地加载的马达应用减慢校正。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制信号确定所述机动车辆的需求转弯半径并且所述马达控制电路被配置为应用所述减慢校正以保持所述需求转弯半径。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制信号确定左马达需求速度和右马达需求速度，所述左马达依赖于所述左马达需求速度受到控制并且所述右马达依赖于所述右马达需求速度受到控制。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置为通过降低所述左马达需求速度和所述右马达需求速度之一而应用所述减慢校正。
5.根据权利要求3所述的控制器，其中所述控制器包括：
左反馈控制环，其中所述左反馈控制环包括左马达速度反馈单元，所述左马达速度反馈单元被配置为依赖于来自所述左马达的所述输出信号而产生反馈左马达速度；
右反馈控制环，其中所述右反馈控制环包括右马达速度反馈单元，所述右马达速度反馈单元被配置为依赖于来自所述右马达的所述输出信号而产生反馈右马达速度；并且
所述马达控制电路包括比较电路，所述比较电路用于依赖于在所述左马达需求速度和所述反馈左马达速度之间的差而控制所述左马达，和用于依赖于在所述右马达需求速度和所述反馈右马达速度之间的差而控制所述右马达。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置为通过增加所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度之一而应用所述减慢校正。
7.根据权利要求5所述的控制器，其中分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号包括分别地左马达电流消耗和右马达电流消耗。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述左马达速度反馈单元包括左IR 补偿单元，所述左IR 补偿单元被配置为依赖于所述左马达电流消耗产生所述反馈左马达速度，并且所述右马达速度反馈单元包括右IR 补偿单元，所述右IR 补偿单元被配置为依赖于所述右马达电流消耗产生所述反馈右马达速度。
9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述马达监视电路进一步包括马达速度确定电路，所述马达速度确定电路被配置为依赖于分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号而使用完全补偿确定实际左马达速度和实际右马达速度。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置为依赖于所述实际左马达速度和所述实际右马达速度而确定所述减慢校正。
11.根据权利要求5所述的控制器，其中所述马达监视电路进一步包括马达速度确定电路，所述马达速度确定电路被配置为依赖于分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号而使用完全补偿确定实际左马达速度和实际右马达速度；
其中所述马达控制电路被配置为依赖于所述实际左马达速度和所述实际右马达速度而确定所述减慢校正；
其中所述反馈左马达速度以因子 CL 增加，所述因子 CL 由公式：                                                给出，这里VLFeedback和VRFeedback分别地是所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度，并且这里VLreal和VRreal分别地是所述实际左马达速度和所述实际右马达速度，其中所述因子 CL是左校正因子。
12.根据权利要求10所述的控制器，其中所述马达监视电路进一步包括马达速度确定电路，所述马达速度确定电路被配置为依赖于分别地来自所述左马达和所述右马达的所述输出信号而使用完全补偿确定实际左马达速度和实际右马达速度；
其中所述马达控制电路被配置为依赖于所述实际左马达速度和所述实际右马达速度而确定所述减慢校正；
其中所述反馈右马达速度以因子 CR 增加，所述因子 CR由公式：给出，这里VLFeedback和VRFeedback分别地是所述反馈左马达速度和所述反馈右马达速度，并且这里VLreal和VRreal分别地是所述实际左马达速度和所述实际右马达速度，其中所述因子CR是右校正因子。
13.根据权利要求10所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置为将用于所述左马达的所述减慢校正限制为所述实际右马达速度的量值并且将用于所述右马达的所述减慢校正限制为所述实际左马达速度的量值。
14.根据权利要求1所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置为当所述机动车辆的实际速度小于预定速度时减小所述减慢校正。
15.根据权利要求1所述的控制器，其中所述机动车辆是前轮驱动车辆。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置成仅仅当所述前轮驱动车辆向前移动时才应用所述减慢校正。
17.根据权利要求1所述的控制器，其中所述机动车辆是后轮驱动车辆。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述马达控制电路被配置成仅仅当所述后轮驱动车辆向后移动时才应用所述减慢校正。
19.根据权利要求1所述的控制器，其中所述加载失衡由于增加在所述左轮和所述右轮之一上的加载的以下现象中的一个或者多个而出现：
（a）在所述左轮和所述右轮中的至少一个和所述机动车辆在其上行驶的表面之间的摩擦；
（b）当所述机动车辆转弯时所述机动车辆的脚轮所需的重对准；
（c）所述机动车辆的用户的重量；
（d）所述机动车辆在其上行驶的斜坡；
（e）向心力；和
（f）在非平坦障碍物上爬升或者下降。
20.根据权利要求1所述的控制器，用于在采取轮椅的形式的机动车辆中使用。
21.一种机动车辆，包括：
至少左轮和右轮，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动；
被配置为发出用于所述机动车辆的控制信号的用户输入设备；和
用于依赖于所述控制信号而控制所述左轮和所述右轮的驱动的、根据前面权利要求中任一项的控制器。
22.根据权利要求21所述的机动车辆，其中所述机动车辆是轮椅。
23.一种控制至少具有左轮和右轮的机动车辆的方法，所述左轮被左马达驱动并且所述右轮被右马达驱动，所述方法包括以下步骤：
从所述机动车辆的用户输入设备接收控制信号；
监视分别地来自所述左马达和所述右马达的输出信号；
依赖于所述输出信号检测在所述左马达和所述右马达之间的加载失衡；和
在检测到所述加载失衡时向所述左马达和所述右马达中的被较轻地加载的马达应用减慢校正。
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