CN102874356A - 一种双轮自平衡车辆控制系统以及双轮自平衡车辆 - Google Patents

Abstract

一种双轮自平衡车辆控制系统包括，主检测组件(10)、控制单元(30)、致动器控制装置(40)、能源模块(60)和致动器(50)，所述控制单元(30)与所述致动器控制装置(40)和所述主检测组件(10)相连，所述致动器控制装置(40)与所述致动器(50)相连，所述能源模块(60)和所述控制单元(30)和所述致动器控制装置(40)相连，还包括备用检测组件(20)，所述备用检测组件(20)与所述控制单元相连。此外本发明还包括了一种通过所述双轮自平衡车辆控制系统设置的一种两轮自平衡车辆。本发明解决了两轮自平衡车辆部分部件失效造成整车失去平衡、导致驾驶员跌倒或摔伤问题，从而提供驾驶员的安全性。

Description

一种双轮自平衡车辆控制系统以及双轮自平衡车辆

技术领域

本发明涉及控制系统，具体地，涉及一种双轮自平衡辆控制系统。此外，本发明还涉及一种双轮自平衡车辆。

背景技术

随着社会的发展，市场上出现了双轮自平衡车辆。目前现有技术控制系统都是利用传感器检测到车辆运行状态和驾驶员的操作信号，并将上述信号传送给控制单元，控制单元通过计算、分析后对电机进行控制。但是由于双轮自平衡车辆属静不稳定结构，完全依靠基于车身姿态的闭环控制来实现平衡，因此一旦系统中某个部件失效即很可能造成整车失去平衡、进而导致车上驾驶员跌倒或摔伤。

有鉴于现有技术的上述缺点，需要设计一种对驾驶员较为安全的双轮自平衡车辆控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双轮自平衡车辆控制系统，该双轮自平衡车辆控制系统能够相对稳定控制双轮自平衡车辆，因此提高驾驶员的安全性。

在此基础上，发明进一步所要解决的技术问题是提供双轮自平衡车辆，该双轮自平衡车辆能够提高驾驶员的安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双轮自平衡车辆控制系统包括，主检测组件、控制单元、致动器控制装置、能源模块和致动器，所述主检测组件与所述控制单元相连，所述控制单元与所述致动器控制装置相连，所述致动器控制装置与所述致动器相连，所述能源模块和所述控制单元相连，所述能源模块和所述致动器控制装置相连，还包括备用检测组件，所述备用检测组件与所述控制单元相连。

所述主检测组件还包括测量是否有驾驶员正在驾驶的脚踏板传感器，所述备用检测组件还包括测量是否有驾驶者正在驾驶的第二脚踏板传感器。

优选地，所述备用检测组件包括，用于测量所述双轮自平衡车辆车身姿态的第二车身姿态传感器、用于测量所述双轮自平衡车辆转动方向的第二转向传感器和/或测量是否有驾驶者正在驾驶的第二脚踏板传感器。

优选地，还包括第二控制单元，所述第二控制单元分别与所述控制单元、车身姿态传感器、第二车身姿态传感器、脚踏板传感器、第二脚踏板传感器、转向传感器、第二转向传感器、致动器控制装置和能源模块相连。

优选地，还还包括第二致动器控制装置和第二致动器，所述第二致动器控制装置分别与所述第二致动器、控制单元、第二控制单元、能源模块相连。

优选地，还包括第二能源模块，所述第二能源模块分别与所述致动器控制装置、第二致动器控制装置、控制单元和第二控制单元相连。

优选地，所述致动器包括第一电机、第二电机，第三电机和第四电机所述第一电机、第二电机分别都与所述所述致动器控制装置相连，所述第三电机和第四电机分别都与和所述第二致动器控制装置相连。

优选地，所述致动器为同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机，所述第二致动器为第二同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机。

在此基础上，本发明提供一种双轮自平衡车辆，包括车体、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把、转向杆轴、第一车轮、第二车轮和以上所述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体上，所述转向杆轴的一端固定所述横把，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器和所述第二转向传感器连接，所述第一车轮与所述第一电机和所述第三电机连接，所述第二车轮与所述第二电机和所述的第四电机连接。

在此基础上，本发明提供一种双轮自平衡车辆，包括车体、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把、转向杆轴、第一车轮、第二车轮和以上所述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体上，所述转向杆轴的一端固定所述横把，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器和所述第二转向传感器连接，所述第一车轮与所述同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机的双轴连接，所述第二车轮与所述第二同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机的双轴连接。

通过上述技术方案，本发明的双轮自平衡车辆控制系统通过增加一与控制单元相连的备用检测组件后，当主检测组件出现故障后，控制单元能够采用备用检测组件采集的信号进行控制，从而能够使双轮自平衡车辆控制系统能够相对稳定地控制双轮自平衡车辆，提高驾驶员的安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

以下附图用来提供对发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于帮助理解本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。

图1是本发明的双轮自平衡车辆控制系统实施例1结构图

图2是本发明的双轮自平衡车辆控制系统实施例2结构图

图3是本发明的双轮自平衡车辆控制系统实施例3结构图

图4是本发明的身姿态传感器和第二车身姿态传感器中的转向角数据诊断示意图

图5是本发明的转向传感器和第二转向传感器的转角变化率诊断示意图

图6是本发明的控制单元和第二控制单元诊断示意图

图7同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机示意图

图8同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机中绕组诊断示意图

图9双轮自平衡车辆示意图

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下结合附图描述本发明实施例的一种双轮自平衡车辆控制系统以及双轮自平衡车辆。

实施例一：

如图1所示，一种双轮自平衡车辆控制系统，包括，主检测组件10、控制单元30、致动器控制装置40、能源模块60和致动器50，所述主检测组件10与所述控制单元30相连，所述控制单元30与所述致动器控制装置40相连，所述致动器控制装置40与所述致动器50相连，所述能源模块60和所述控制单元30相连，所述能源模块60和所述致动器控制装置40相连，还包括备用检测组件20，所述备用检测组件20与所述控制单元30相连。

在控制单元30同时连接有主检测组件10和备份检测组件20，因而在车辆控制系统工作过程中，控制单元会同时接收到主检测组件10和备份检测组件20的信号。当控制单元接收到主检测组件10和备份检测组件20的信号时，控制单元30会对接收到的主检测组件10和备份检测组件20的信号是否正确进行判断，当主检测组件10和备份检测组件20信号都正确时，控制单元首先会使用主检测组件10的信号进行工作，当主检测组件10和备份检测组件20其中一个信号出现错误，控制单元30将会使用自动选择正确信号进行工作。

实施例二：

如图2所示，另外双轮自平衡车辆控制系统的主检测组件10包括，用于测量所述双轮自平衡车辆车身姿态的车身姿态传感器11和用于测量所述双轮自平衡车辆转动方向的转向传感器12，所述备用检测组件包括，用于测量所述双轮自平衡车辆车身姿态的第二车身姿态传感器21和用于测量所述双轮自平衡车辆转动方向的第二转向传感器13。

车身姿态传感器11用于检测双轮自平衡车辆的车身姿态，转向传感器12用于检测双轮自平衡车辆是否需要进行转向。车身姿态传感器11和转向传感器12分别都与控制单元30相连。车身姿态传感器和转向传感器是车辆控制系统中重要的部件，其中一个出现故障都可能会造成整车失去平衡，进而导致车上的驾驶员跌倒或者摔伤。因此双轮自平衡车辆控制系统将上述两个传感器进行备份，从而设置了第二车身姿态传感器21和第二转向传感器13并分别于控制单元连接，从而达到安全控制的效果。

车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21均利用角速率陀螺仪和加速度计共同测量出车身的6个实时姿态数据：转向角Dt、俯仰角Dp、滚转角Dy，转向角速率Rt、俯仰角速率Rp、滚转角速率Ry、车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21分别都与控制单元30进行相连，车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21采集到的信号传送给控制单元30，控制单元会对接收到的车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21的信号是否正确进行判断，当车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器的信号21都正确时，控制单元首先会使用车身姿态传感器11的信号进行工作，当车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器的信号21其中一个信号出现错误，控制单元30将会使用自动选择正确信号进行工作，并且向驾驶员发出车身姿态传感器出现错误的信号，从而提示驾驶员进行维修。

控制单元30是通过以下方式对车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21进行故障检测，由于车辆本身的惯性、车辆运动方式的限制、以及驾驶员人体反应速度的限制，转向角Dt、俯仰角Dp、滚转角Dy，转向角速率Rt、俯仰角速率Rp、滚转角速率Ry、6个姿态数据的变化率是有上限的，并可以分别对上述6个姿态数据的变化率的上限分别进行预测，例如，通过卡尔曼滤波器对转向角数据Dt进行预测，并得到预测值上下限。通过将预测值和实际获取值进行比较，从而判断传感器是否故障。

如图4所示是本发明的车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21中的转向角数据诊断示意图。横轴为时间，纵轴为车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21中的转向角数据Dt值。线条A为控制单元30接收到的车身姿态传感器11输入的转向角数Dt实际值，线条B为控制单元30接收到的第二车身姿态传感器21输入的转向角数Dt实际值，线条C预测车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21的转向角数据上限，线条D预测车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21的转向角数据下限，来自转向传感器11的转向角数据Dt实际值在某个时刻偏离了预测车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21的转向角数据下限，同时来自第二转向传感器21的转向角数据Dt实际值仍在预测车身姿态传感器11和第二车身姿态传感器21的转向角数据范围内。此时控制单元30可判断来自车身姿态传感器11输入的转向角数Dt实际值不正确，应使用来自第二车身姿态传感器21输入的转向角数Dt实际值进行工作。如果连续N次来自来自车身姿态传感器11输入的转向角数Dt实际值不正确，则可判断车身姿态传感器11故障，此时控制单元30将抛弃所有来自车身姿态传感器11输入的转向角数Dt实际值的数据，仅使用来自第二车身姿态传感器21输入的转向角数Dt实际值的数据进行工作，以确保整车继续工作而不失去平衡，并立即通过声、光、降低速度或自行缓慢停车等方式提示驾驶员已有内部部件故障。

转向传感器12和第二转向传感器13采集到的信号传送给控制单元30，控制单元30会对接收到的转向传感器12和第二转向传感器13的信号是否正确进行判断，当转向传感器12和第二转向传感器13信号都正确时，控制单元30首先会使用转向传感器12的信号进行工作，当转向传感器12和第二转向传感器13其中一个信号出现错误，控制单元30将会使用自动选择正确信号进行工作，此时控制单元30向驾驶员发出转向传感器12或第二转向传感器13出现错误的信号，从而提示驾驶进行维修。

驾驶者在通过机械装置操纵车辆转向时，转向传感器12和第二转向传感器13的输出值应该相等。在判定转向传感器12或第二转向传感器13是否存在故障，是通过控制单元将预测值和实际获取值进行比较，从而判断传感器是否故障。实际值是通过转向传感器12和第二转向传感器13获取，预测值是根据各种实验和分析得出，例如：在一个典型实施例中，自平衡车在正常驾驶时，由于控制操纵杆的肌肉反映时间的限制，驾驶者无法使转向传感器速率超过200度/秒，因此预测值设置为200度/秒。

如图5是本发明的转向传感器和第二转向传感器的转角变化率诊断示意图，横轴为时间，纵轴为转角变化率值。线条E为转向传感器12转角变化率的实际测量值，线条F为第二转向传感器13转角变化率的实际测量值，线条G为预测的转向传感器12和第二转向传感器13转角变化率上限，例如为00度/秒。控制单元30通过分析转向传感器12实际测量转角变化率值在某一时刻超过了转向传感器12和第二转向传感器13转角变化率上限，并且此时第二转向传感器13转角变化率的实际测量值仍在预测的转向传感器12和第二转向传感器13转角变化率上限范围内。此时控制单元可判断转向传感器12输入的转角变化率实际测量值不正确，应使用第二转向传感器实际测量转角变化率值作为有效值，进行工作。

所述主检测组件还包括测量是否有驾驶员正在驾驶的脚踏板传感器14，所述备用检测组件还包括测量是否有驾驶者正在驾驶的第二脚踏板传感器23。

脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23都可利用微动开关、光电接近传感器或电阻应变片等作为做为传感器，以检测是否有脚踩在脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23。本发明在驾驶员每一个脚下设置了脚踏板传感14器和第二脚踏板传感器23，脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23相连在控制单元30上，当脚踏板传感器14或者第二脚踏板传感器23检测到脚踏状态，控制单元即认为有人正在车上驾驶。

驾驶员在行进过程中如果意外摔倒，脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23能够立即检测到驾驶员已经没有踩在车上，控制单元30会向致动器控制装置40输出迅速减小的控制量，使得致动器控制装置40对致动器30立即降低反应灵敏度和输出功率，甚至切断电源。脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23设置也使得两轮自平衡车在启动和停车(驾驶者还未上车或已经下车)时功率被限制在安全范围内，反应速度较迟缓，避免驾驶者上下车时误操作而导致事故。

脚踏板传感器14和第二脚踏板传感器23输出信号经过一个施密特触发器软件滤波，其输出信号可以在激励消失后仍保持较短时间Tm(在一个典型实施例中，Tm＝0.6秒)，因此即使驾驶员在驾驶过程由于抖动、身体的活动而一只脚离开踏板或双脚短暂(不超过Tm)离开踏板，也不会导致车辆错误判断为驾驶者已下车。这样既保证了能有效检测驾驶员是否在车上，又保证了短时的扰动(例如驶过小坡时驾驶者会短暂失重悬空)不会干扰脚踏检测机制的正常工作。

为了提高意外情况下的安全性，本发明双轮自平衡车辆控制系统采用了4个脚踏检测传感器来检测是否有驾驶者正在驾驶双轮自平衡车辆。同时，每个脚踏检测传感器的输出信号均单独与控制单元30相连，以便于控制单元30在驾驶者开机时采用多数法(4选3)来检测传感器是否失效。如果检测到某个传感器失效，控制单元30会使用声光报警提示驾驶者并停止继续工作。该多数法检测动作只在开机时执行，在行驶过程中并不执行，以避免行驶过程中驾驶者单脚离开踏板的情况导致误检测。

如图2所示，双轮自平衡车辆控制系统，还包括第二控制单元31，所述第二控制单元31分别与所述控制单元30、车身姿态传感器11、第二车身姿态传感器21、脚踏板传感器14、第二脚踏板传感器23、转向传感器12、第二转向传感器23、致动器控制装置40和能源模块相连70。控制单元30和第二控制单元31两个功能完全相同的控制器。第二控制单元31与所述车身姿态传感器11、第二车身姿态传感器21、脚踏板传感器14、第二脚踏板传感器23、转向传感器12、第二转向传感器23、致动器控制装置40和能源模块70之间的工作过程与所述控制单元30与所述车身姿态传感器11、第二车身姿态传感器21、脚踏板传感器14、第二脚踏板传感器23、转向传感器12、第二转向传感器23、致动器控制装置40和能源模块70之间的工作过程完全相同，在此不在赘述。

如图6所示控制单元30和第二控制单元31之间通过数据线连接，并定期(在一个典型实施例中，以1000Hz频率)向对方发送查询信号，此为互检心跳机制；对方应返回一些数据(在一个典型实施例中，这些数据包括自传感器接收到的信号值，以及解算后的输出值)。如果控制单元30或第二控制单元31故障，例如：控制单元30故障将不会对第二控制单元31的查询给出回应，或者校验码不正确，此时第二控制单元31将可知道控制单元30已经故障，并主动获取控制权(如果此前控制权控制单元)并发出告警信号。这样避免了当控制单元30发生故障将会导致双轮自平衡车辆发生不平稳现象，从而导致驾驶员跌倒的隐患。

另外，双轮自平衡车辆控制系统还还还包括第二致动器控制装置41和第二致动器55，所述第二致动器控制装置41分别与所述第二致动器55、控制单元30、第二控制单元31、能源模块70相连。

例如：第二致动器控制装置41当前有控制权并正在控制第二致动器55工作，此时致动器50处于开路状态。如果某一时刻第二致动器控制装置41故障，通常会表现为三种形式：

1)通过板载电流传感器测得驱动输电流和PWM存在异常变化；

2)通过板载温度传感器测得电路板上温度存在异常变化；

3)对致动器控制装置发出的互检心跳查询没有正确应答。

在上述三种情况下，致动器控制装置40能够通过与第二致动器控制装置41互检信号得知第二致动器控制装置41发生故障，立即切断绕组第二致动器55和第二致动器控制装置55的连接，使其处于开路状态；并立即开始使致动器控制装置40驱动致动器50，以确保车辆不至于失去动力、不失去平衡。然后第二致动器控制装置41立即通过通讯数据线将情况告知控制单元30和第二控制单元31第二致动器控制装置41发生故障，即可向驾驶员发出声光报警、并控制车辆自行减速、停下，以确保驾驶者安全。

另外双轮自平衡车辆控制系统还包括还包括第二能源模块71，所述第二能源模块分别与所述致动器控制装置40、第二致动器控制装置41、控制单元30和第二控制单元31相连。

如图2所示，由于动态平衡需要时刻消耗能源，因此电源一旦失效，将导致全车所有子系统停止工作，必然造成车辆失去平衡而影响安全。

为此本发明设计能源模块70和第二能源模块71完全相同的电源系统，能源模块70和第二能源模块71分别都是有可充电电池、能源管理和状态监控电路组成；并且能源模块70和第二能源模块71之间有热备份监控线路。

能源模块70和第二能源模块71被设计为均可以独立提供车辆运行所需的功率；在双轮自平衡车辆正常工作时，控制单元30和第二控制单元31监控能源模块70和第二能源模块71的工作状态，包括电流、电压、温度等数据；并通过两个电源开关(例如MOSFET场效应管)控制能源模块70和第二能源模块71同时为车辆供电。如果能源模块70或第二能源模块71由于某种原因失效断电(其输出电流、电压或内部温度异常)，控制单元30和第二控制单元31即可通过监控线路测得，并通过电源开关切断失效的一个，只使用另一个供电。由于此时系统已经不再有备份电源，因此控制单元30或者第二控制单元31需要通过声、光报警，并控制车辆自动减速、停车，以确保驾驶者安全。

此外，能源模块70和第二能源模块71两组供电系统还具有库伦计原理的电量统计电路。由于二次电池的可用电量与电压之间的关系非常复杂，电压并不能准确反映剩余电量，因此用库伦计对电流进行积分可对电池的已释放能量进行较为精确的统计，进而计算出当前电池的剩余电量，以数字形式发送给控制单元和第二控制单元。控制单元和第二控制单元在监测到剩余电量低于安全阈值时将主动限速、降速并发出声光报警提示用户尽快充电，以确保系统不致因两组供电系统都电量过低而在行驶途中断电。

致动器50在进行工作时，都会定期将信号反馈给致动器控制装置40，致动器控制装置40对致动器50反馈的信号进行分析，如果致动器控制装置40接收到反馈信号出现错误，立即切断致动器50的连接，此时致动器控制装置40对第二致动器控制装置41发送一个信号，第二致动器控制装置40启动第二致动器55。并对驾驶员发出报警信号，提示驾驶员进行维修

第二致动器55工作过程与制动器工作过程相同，在此不再进行赘述。

实施例三

如图3所示，此外所述双轮自平衡车辆控制系统，所述致动器包括第一电机51、第二电机52，第三电机53和第四电机54所述第一电机51、第三电机56分别都与所述所述致动器控制装置40相连，所述第二电机52和第四电机54分别都与和所述第二致动器控制装置41相连。

致动器控制装置40负责驱动第一电机51和第二电机52，此为一组；第二致动器控制装置负责驱动第三电机53和第四电机54，此为另一组。这两组功能完全相同。

第一电机51在进行工作时，都会定期将信号反馈给致动器控制装置40，致动器控制装置40对第一电机51反馈的信号进行分析，如果致动器控制装置40接收到反馈信号出现错误，立即切断第一电机51的连接，此时致动器控制装置40对第二致动器控制装置41发送一个信号，第二致动器控制装置40启动第二电机53。并对驾驶员发出报警信号，提示驾驶员进行维修

第二电机52、第三电机3和第四电机54和第一电机工作过程相同，在此不再进行赘述。

在一个典型实施例中，第一电机51、第二电机52，第三电机53和第四电机54采用直流无刷电机。在一电机51、第二电机52，第三电机53和第四电机54都增设一电机测速传感器，如果该电机测速传感器输出不正确或无输出，则驱动电流和输出PWM占空比将明显异常，例如变化率超过特定阈值、绝对值超过预先设定的安全阈值等。通过电流传感器可检测到这种情形，从而判断其故障。

如图3和图7所示，此外所述双轮自平衡车辆控制系统，所述致动器为同轴双定子绕组的直流无刷电机56，所述第二致动器为第二同轴双定子绕组的直流无刷电机57。

在一个典型实施例中，致动器为同轴双定子绕组的直流无刷电机56和第二致动器为第二同轴双定子绕组的直流无刷电机57用于分别驱动第一车轮和第二车轮。

如图7所示，同轴双定子绕组的直流无刷电机56和为第二同轴双定子绕组的直流无刷电机57结构和原理完全相同，以下以同轴双定子绕组的直流无刷电机56为例子进行详细的说明：致动器为同轴双定子绕组的直流无刷电机56分别在其转轴上集成了电机转子，2套定子绕组、2套转速和转子位置传感器，相当于两个电机共用一个机壳及转轴。同轴双定子绕组的直流无刷电机56通过特定的绕线方式分为两个独立的定子绕组：M1A和M1B。这两个绕组在物理上共用同一个轴，同一个转子，同一个机壳。但在逻辑和电气上是隔离的，因此同轴双定子绕组的直流无刷电机56可当作两个电机处理。M1A-A、M1A-B、M1A-C分别是同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机56绕组M1A的3个电枢接线端，R1是常开继电器，用于在异常情况下切断M1A绕组与驱动电路的电气连接。同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机56绕组M1B绕组同理，其3个接线端和切断用继电器R2未在图上表示。

由绕组M1A和M1B的电枢内阻决定其堵转电流值(最大电流值)均不超过100安培。如果绕组M1A绕组部分短路烧毁，则由于其内阻减小，驱动电流将升高至超过100安培；在驱动电路上增设一个电流传感器所述电流传感器可检测到绕组M1A或绕组M1B是否正常。

如图8所示，横轴为时间，纵轴为电枢电流值。线条H为电流传感器检测到绕组M1A的电流值，线条J为电流上限值，线条M为电流传感器检测到的绕组M1B电流值，绕组M1A的电流值在某一时刻升高至超过电流上限值，从而判断M1A绕组故障；此时致动器控制装置40迅速切断M1A绕组的输出(以避免进一步烧毁)，并通过热备份监控线路通知第二致动器控制装置41，第二致动器控制装置收到信号后立即开启M1B绕组替代M1A工作。由于监控线路的工作频率可达10KHz，一次通讯和绕组切换过程耗时不到1毫秒，因此驾驶员感觉不到这种切换过程。这种方式可以有效地防止电动机绕组烧毁失效而导致整车失去平衡造成事故。

如图9所示，另外本发明还记载了一种双轮自平衡车辆，包括车体1、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把2、转向杆轴3、第一车轮4、第二车轮5和上述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体1上，所述转向杆轴的一端固定所述横把2，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器12和所述第二转向传感器13连接，所述第一车轮4与所述第一电机51和所述第三电机53连接，所述第二车轮52与所述第三电机53和所述的第四电机54连接。

当双轮自平衡车辆在行驶时，由于本发明的双轮自平衡车辆的控制系统中，将车身姿态传感器11、转向传感器12、脚踏板传感器14、致动器控制装置40、控制单元30、能源模块70和第一电机51和第二电机52都采用了备份，如果上述的车身姿态传感器11、转向传感器12、脚踏板传感器14、致动器控制装置40、控制单元30、能源模块70和第一电机51和第二电机53任一或多个部件损坏，双轮自平衡车辆都会正常的运行，并且将警告驾驶员发生了损坏，提示驾驶员进行修理，从而提高了驾驶员的安全性。

如图9所示，另外本发明还记载了一种双轮自平衡车辆包括车体1、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把2、转向杆轴3、第一车轮4、第二车轮5和上述述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体1上，所述转向杆轴的一端固定所述横把2，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器12和所述第二转向传感器13连接，所述第一车轮与所述同轴双定子绕组的直流无刷电机56连接，所述第二车轮与所述第二同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机57连接。

当双轮自平衡车辆在行驶时，由于本发明的双轮自平衡车辆的控制系统中，将车身姿态传感器11、转向传感器12、脚踏板传感器14、致动器控制装置40、控制单元30、能源模块70都采用了备份且驱动电机采用双定子绕组的直流无刷电机，同轴双定子绕组的直流无刷电机在逻辑和电气上是隔离的，因此轴双定子绕组的直流无刷电机56可当作两个电机处理，如果上述的车身姿态传感器11、转向传感器12、脚踏板传感器14、致动器控制装置40、控制单元30、能源模块70和任一或多个部件损坏，双轮自平衡车辆都会正常的运行，并且将警告驾驶员发生了损坏，提示驾驶员进行修理，从而提高了驾驶员的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或相连，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双轮自平衡车辆控制系统，包括，主检测组件(10)、控制单元(30)、致动器控制装置(40)、能源模块(60)和致动器(50)，所述主检测组件(10)与所述控制单元(30)相连，所述控制单元(30)与所述致动器控制装置(40)相连，所述致动器控制装置(40)与所述致动器(50)相连，所述能源模块(60)和所述控制单元(30)相连，所述能源模块(60)和所述致动器控制装置(40)相连，其特征是，还包括备用检测组件(20)，所述备用检测组件(20)与所述控制单元(30)相连。

2.根据权利要求1所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，所述主检测组件包括，用于测量所述双轮自平衡车辆车身姿态的车身姿态传感器(11)和用于测量所述双轮自平衡车辆转动方向的转向传感器(12)，所述备用检测组件包括，用于测量所述双轮自平衡车辆车身姿态的第二车身姿态传感器(21)和用于测量所述双轮自平衡车辆转动方向的第二转向传感器(13)。

3.根据权利要求2所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，所述主检测组件还包括测量是否有驾驶员正在驾驶的脚踏板传感器(14)，所述备用检测组件还包括测量是否有驾驶者正在驾驶的第二脚踏板传感器(23)。

4.根据权利要求3所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，还包括第二控制单元(31)，所述第二控制单元(31)分别与所述控制单元(30)、车身姿态传感器、第二车身姿态传感器、脚踏板传感器、第二脚踏板传感器、转向传感器、第二转向传感器、致动器控制装置和能源模块相连。

5.根据权利要求4所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，还包括第二致动器控制装置(41)和第二致动器(55)，所述第二致动器控制装置分别与所述第二致动器、控制单元、第二控制单元、能源模块相连。

6.根据权利要求5所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，还包括第二能源模块(71)，所述第二能源模块分别与所述致动器控制装置、第二致动器控制装置、控制单元和第二控制单元相连。

7.根据权利要求6所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，所述致动器包括第一电机(51)、第二电机(52)，第三电机(53)和第四电机(54)所述第一电机(51)、第二电机(52)分别都与所述所述致动器控制装置(40)相连，所述第三电机(53)和第四电机(54)分别都与和所述第二致动器控制装置(41)相连。

8.根据权利要求6所述的双轮自平衡车辆控制系统，其特征是，所述致动器为同轴双定子绕组的直流无刷电机(56)，所述第二致动器为第二同轴双定子双转子绕组的直流无刷电机(57)。

9.一种双轮自平衡车辆，其特征是，包括车体(1)、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把(2)、转向杆轴(3)、第一车轮(4)、第二车轮(5)和权利要求7所述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体(1)上，所述转向杆轴的一端固定所述横把(2)，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器(12)和所述第二转向传感器(13)连接，所述第一车轮与所述第一电机和所述第三电机连接，所述第二车轮与所述第二电机(52)和所述的第四电机(11)连接。

10.一种双轮自平衡车辆，其特征是，包括车体(1)、为驾驶员操作转向提供双手握持的横把(2)、转向杆轴(3)、第一车轮(4)、第二车轮(5)和权利要求8所述的双轮自平衡车辆控制系统，所述双轮自平衡车辆控制系统固定在所述车体(1)上，所述转向杆轴的一端固定所述横把(2)，所述转向杆的另一端分别与所述双轮自平衡车辆控制装置的转向传感器(12)和所述第二转向传感器(13)连接，所述第一车轮与所述同轴双定子绕组的直流无刷电机(56)连接，所述第二车轮与所述第二同轴双定子绕组的直流无刷电机(57)连接。

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