CN103010366A - 两轮车的转向与速度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两轮车的转向与速度控制方法，其包括两轮车上设置的摆杆、带控制器的驱动电机、轮子及控制系统，控制系统采集两轮车的当前输出速度，所述摆杆控制两轮车转向数据，所述两轮车控制系统将采集的转向数据计算出相应的转向增益及转向速度变化量；将两轮车前进时的速度定义为正值，两轮车后退时的速度定义为负值，在两轮车的当前输出速度为负值并且所述摆杆复位到初始状态时，所述两轮车转向增益取值进行切换，两轮车的当前输出速度为零时转向增益取最大值。本发明两轮车的转向与速度控制方法通过在两轮车的当前输出速度为负值时转向增益取值进行切换，同时两轮车在零速度时转向增益最大，保证驾驶者使用舒适且转向增益平滑过渡无突变感。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及两轮车的转向与速度控制方法。
背景技术
两轮车速度大小由驾驶者重心控制，两轮车与驾驶者组成人车系统，当人车系统重心向前同时两轮车前进时，重心前倾越大，两轮车前进加速度越大；人车系统重心向后同时两轮车后退时，重心后仰越大，两轮车后退加速度越大。两轮车转向方式采用的是两轮速度差驱动技术，两轮车设置有摆杆，所述摆杆控制转向数据，两轮车系统设置有与两轮车速度相关的转向增益，两轮车系统采集转向数据将检测到的转向数据与转向增益相乘得到转向速度变化量，两轮的速度分别加上和减去该转向速度变化量，即实现两轮车转向过程。
在两轮车实际使用过程中，存在一个转向增益大小动态变化的过程，从安全角度设计，两轮车速度越大，转向增益越小；两轮车速度越小，转向增益越大。在两轮车后退与前进时速度大小相同的情况下，后退时的转向增益要比前进时的转向增益小。所述转向增益在摆杆未复位到初始状态下取值是不变的，在驾驶者持续转弯即所述摆杆未复位到初始状态的情况下，当两轮车由前进转为后退时，两轮的速度会出现跳变，这种情况严重影响驾驶者体验，甚至导致安全事故的发生。
发明内容
本发明是针对上述背景技术存在的缺陷提供两轮车的转向与速度控制方法，保证驾驶者使用舒适且转向增益平滑过渡无突变感。
为实现上述目的，本发明公开了两轮车的转向与速度控制方法，包括以下步骤：
（1）、所述两轮车包括摆杆、带控制器的驱动电机、轮子及控制系统，所述控制系统采集两轮车的当前输出速度speed，所述摆杆控制两轮车转向数据offset计算出相应的转向增益knob_factor；
（2）、所述两轮车控制系统将采集的转向数据offset计算出相应的转向速度变化量offset_turn；
（3）、所述两轮车控制系统将两轮车前进时的速度定义为正值，两轮车后退时的速度定义为负值，在两轮车的当前输出速度speed为负值并且所述摆杆复位到初始状态时，所述两轮车转向增益knob_factor取值进行切换，在两轮车的当前输出速度speed为零时转向增益knob_factor取最大值knob_factor_max。
进一步地，所述转向增益knob_factor的计算公式为：
knob_factor=offset*Ks/speed
其中Ks为调整因子，通过两轮车前进时设定为一数值，两轮车后退时设定为
另一数值。
进一步地，所述转向速度变化量offset_turn的计算公式为：
offset_turn=（offset- knob_death_threshold）* knob_factor
其中knob_death_threshold为两轮车所设定的转向零点阀值，在区间为[-knob_death_threshold，knob_death_threshold]内公式offset_turn=（offset- knob_death_threshold）* knob_factor 中的knob_death_threshold取值均为零值；
进一步地，所述转向增益knob_factor的最大值knob_factor_max与驱动电机的最大转速v_max线性相关：
knob_factor_max=k*v_max；
所述k值为与驱动电机性能相关的工程数据。
进一步地，所述当前输出速度speed为-0.11km/h时两轮车转向增益knob_factor取值进行切换。
进一步地，在步骤（3）情况下，通过如下步骤实现：
①、所述两轮车控制系统将采集到的两轮车的当前输出速度speed与所述负值进行比较定义两轮车的输出状态值cur_status，所述两轮车控制系统将两轮车上一状态last_status的初始值设定为1，将两轮车摆杆复位标志clearflag的初始值设定为FALSE；
②、所述两轮车控制系统对所述摆杆进行复位判断，两轮车控制系统定义摆杆的clearflag值以确定两轮车控制系统控制两轮车上一状态last_status取值；
③、所述两轮车控制系统判断两轮车上一状态last_status取值，当last_status=1时，此时两轮车向前行驶，则两轮车控制系统控制两轮车转向增益knob_factor取值为较大值；当last_status=0时，此时两轮车向后行驶，两轮车控制系统控制两轮车转向增益knob_factor取值为较小值。
综上所述，本发明两轮车的转向与速度控制方法通过在两轮车的当前输出速度为负值时，两轮车转向增益取值进行切换，同时在两轮车的当前输出速度为零时保证转向增益取最大值，以避免两轮车的转向增益突然出现跳变而影响驾驶者体验，保证驾驶者使用舒适且转向增益平滑过渡无突变感。
附图说明
图1为本发明两轮车的结构示意图。
图2为本发明两轮车在转向增益取值进行切换时当前输出速度为负值情况下的两轮车的转向与速度控制方法示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明具体方式采用以下技术方案：两轮车包括摆杆10、带控制器的驱动电机20、轮子30及控制系统40。控制系统40采集两轮车的当前输出速度speed并将当前输出速度speed控制量传给带控制器的驱动电机20，带控制器的驱动电机20将收到的控制量进行反馈并控制驱动电机，驱动电机通过传动装置驱动轮子30从而控制两轮车的运动。
本发明两轮车的转向与速度控制方法，包括以下步骤：
（1）、所述两轮车控制系统40将采集到的当前输出速度speed通过必要的数据处理后，可以计算出相应的转向增益knob_factor：
knob_factor=offset*Ks/speed
其中Ks为调整因子，通过两轮车前进时设定为一数值，两轮车后退时设定为另一数值，offset为控制系统40采集到通过摆杆10控制的转向数据，所述转向数据offset的初始值通过两轮车控制系统40内部模/数转换器（ADC）读取后转化为数字量，所述转向数据offset转化后的数字量的取值范围为[-100，100]。
（2）、所述两轮车控制系统40将采集的转向数据offset通过必要的数据处理后，可以计算出相应的转向速度变化量offset_turn：
offset_turn=（offset- knob_death_threshold）* knob_factor
其中knob_death_threshold为两轮车所设定的转向零点阀值，在区间为[-knob_death_threshold，knob_death_threshold]内公式offset_turn=（offset- knob_death_threshold）* knob_factor 中的knob_death_threshold取值均为零值以避免两轮车实际操作过程中摆杆10控制的转向数据offset所存在的偏差。所述转向增益knob_factor的最大值knob_factor_max与驱动电机的最大转速v_max线性相关：
knob_factor_max=k*v_max
所述k值与驱动电机性能相关并通过试验测试决定的工程数据。
（3）、所述两轮车控制系统40将两轮车前进时的速度定义为正值，两轮车后退时的速度定义为负值，所述两轮车的摆杆10控制两轮车转向过程中，两轮车的当前输出速度speed从正值到零再到负值或者从负值到零再到正值，并且所述摆杆10复位到初始状态时，所述两轮车转向增益knob_factor在所述调整因子Ks作用下同时也会于较大值较小值间进行切换。当两轮车的当前输出速度speed为微小负值并且所述摆杆10复位到初始状态时，两轮车转向增益knob_factor即进行所述较大值较小值切换，同时利用knob_factor_max=k*v_max在两轮车的当前输出速度speed为零时保证转向增益knob_factor取最大值knob_factor_max，以避免两轮车的转向增益knob_factor突然出现跳变而影响驾驶者体验。
本发明中两轮车在转向增益knob_factor进行较大值较小值切换时当前输出速度speed为-0.11km/h，在此情况下，所述两轮车的转向与速度控制方法，通过如下步骤实现：
①所述两轮车控制系统40将采集到的两轮车的当前输出速度speed与-0.11km/h进行比较，在speed>-0.11km/h时两轮车的输出状态值cur_status=1，在speed<-0.11km/h时两轮车的输出状态值cur_status=2，在speed=-0.11km/h时两轮车的输出状态值cur_status=0；所述两轮车控制系统40将两轮车上一状态last_status的初始值设定为1，将两轮车摆杆复位标志clearflag的初始值设定为FALSE；
②所述两轮车控制系统40对所述摆杆10进行复位判断。所述摆杆10在两轮车的当前输出车速处于正值负值间进行切换时未复位到初始状态，此时两轮车控制系统40定义摆杆10的clearflag=FALSE，则两轮车控制系统40控制两轮车维持在上一状态last_status。
所述摆杆10在两轮车的当前输出车速处于正值负值间进行切换时复位到初始状态，此时两轮车控制系统40定义摆杆10的clearflag=TURE，进而判断两轮车的输出状态值cur_status，当两轮车的输出状态值cur_status=0时，则两轮车控制系统40控制两轮车更新上一状态last_status；当两轮车的输出状态值cur_status=1或2时，则两轮车控制系统40控制两轮车维持在上一状态last_status。
③所述两轮车控制系统40判断两轮车上一状态last_status取值，当last_status=1时，此时两轮车向前行驶，则两轮车控制系统40控制两轮车转向增益knob_factor取值为较大值，实现两轮车转向增益knob_factor平滑过渡而无突变感；当last_status=0时，此时两轮车向后行驶，则两轮车控制系统40控制两轮车转向增益knob_factor取值为较小值，以避免两轮车的转向增益knob_factor突然出现跳变而影响驾驶者体验。
综上所述，本发明两轮车的转向与速度控制方法通过在两轮车的当前输出速度speed为微小负值时，两轮车转向增益knob_factor进行较大值较小值切换，同时在两轮车的当前输出速度speed为零时保证转向增益knob_factor取最大值knob_factor_max，以避免两轮车的转向增益knob_factor突然出现跳变而影响驾驶者体验，保证驾驶者使用舒适且转向增益knob_factor平滑过渡无突变感。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、所述两轮车包括摆杆（10）、带控制器的驱动电机（20）、轮子（30）及控制系统（40），所述控制系统（40）采集两轮车的当前输出速度（speed），所述摆杆（10）控制两轮车转向数据offset计算出相应的转向增益knob_factor；
（2）、所述两轮车控制系统（40）将采集的转向数据offset计算出相应的转向速度变化量offset_turn；
（3）、所述两轮车控制系统将两轮车前进时的速度定义为正值，两轮车后退时的速度定义为负值，在两轮车的当前输出速度speed为负值并且所述摆杆（10）复位到初始状态时，所述两轮车转向增益knob_factor取值进行切换，在两轮车的当前输出速度speed为零时转向增益knob_factor取最大值knob_factor_max。
2.根据权利要求1所述的两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于，所述转
向增益knob_factor的计算公式为：
knob_factor=offset*Ks/speed
其中Ks为调整因子，通过两轮车前进时设定为一数值，两轮车后退时设定为
另一数值。
3.根据权利要求1所述的两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于，所述转
向速度变化量offset_turn的计算公式为：
offset_turn=（offset- knob_death_threshold）* knob_factor
其中knob_death_threshold为两轮车所设定的转向零点阀值，在区间为
[-knob_death_threshold，knob_death_threshold]内公式offset_turn=（offset-
knob_death_threshold）* knob_factor 中的knob_death_threshold取值均为零
值。
4.根据权利要求1所述的两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于，所述转
向增益knob_factor的最大值knob_factor_max与驱动电机的最大转速v_max
线性相关：
knob_factor_max=k*v_max
所述k值为与驱动电机性能相关的工程数据。
5.根据权利要求1所述的两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于：所述当
前输出速度speed为-0.11km/h时两轮车转向增益knob_factor取值进行切换。
6.根据权利要求1所述的两轮车的转向与速度控制方法，其特征在于，在步骤
（3）情况下，通过如下步骤实现：
①、所述两轮车控制系统（40）将采集到的两轮车的当前输出速度speed与所述负值进行比较定义两轮车的输出状态值cur_status，所述两轮车控制系统（40）将两轮车上一状态last_status的初始值设定为1，将两轮车摆杆复位标志clearflag的初始值设定为FALSE；
②、所述两轮车控制系统（40）对所述摆杆（10）进行复位判断，两轮车控制系统（40）定义摆杆（10）的clearflag值以确定两轮车控制系统（40）控制两轮车上一状态last_status取值；
③、所述两轮车控制系统（40）判断两轮车上一状态last_status取值，当last_status=1时，此时两轮车向前行驶，则两轮车控制系统（40）控制两轮车转向增益knob_factor取值为较大值；当last_status=0时，此时两轮车向后行驶，两轮车控制系统（40）控制两轮车转向增益knob_factor取值为较小值。
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Application publication date: 20130403 |