CN103676951B - 一种电动高尔夫球车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的电动高尔夫球车控制方法，所述控制方法由微控制器及手持终端设备共同完成。微控制器采用顺序流程循环检测法，先检测整车点火钥匙信号，再采用Zigbee通信技术无线接收手持终端设备发送的命令，并实时响应远程命令；同时，微控制器通过智能方向盘实时监测驾驶员心率脉搏信号并仪表盘显示，实时开闭冷却风扇完成对电池包温度安全控制，并在检测到严重故障时切断高压电池包。本发明实现了高尔夫球车无线自动驾驶，远程预热电池包以及在线监测驾驶员心率脉搏等功能，满足了高端运动高尔夫球车的设计需求。

Description

一种电动高尔夫球车控制方法

技术领域

本发明属于一种高尔夫球车控制方法，特别是涉及一种集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的电动高尔夫球车控制方法。

背景技术

新能源电动汽车作为一种节能环保的绿色运输工具，正成为新一代汽车研发的热点。近年来，电动高尔夫球车作为专门为高尔夫球场设计开发的环保型乘用车辆，在开发使用过程中，已取得重大进展，得到了广泛应用，但仍存在技术和功能改善的空间。

传统电动高尔夫球车往往采用铅酸电池或锂电池包，采用普通无刷电机驱动，电机控制器直接采集油门踏板模拟量去控制无刷电机，整车仅仅实现了基本的电动汽车功能，是一种清洁无污染的代步工具。但在使用过程中，仍存在以下不足：

高尔夫球场往往面积大，驾驶者在用车时需要步行到高尔夫球车处；天气寒冷时，低温直接影响电动高尔夫球车的电池性能，影响它的启动与使用寿命；驾驶者身体健康况状如突发心脏病、困倦状态得不到实时反馈，达不到智能监控的程度。

因而本发明旨在提出一种功能完备，性能良好的智能电动高尔夫球车控制方法，实现集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的智能电动高尔夫球车控制，这对改善目前电动高尔夫球车设计，满足高尔夫高端运动需求，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于不同环境下的高尔夫球场，尤其是大型高尔夫球场，具有很好的通用性的一种集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的电动高尔夫球车控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的电动高尔夫球车控制方法，所述方法由高尔夫球车中的微控制器及手持终端设备共同完成，所述电动高尔夫球车中的微控制器与手持终端设备之间采用无线通讯方式实现相互联接，其特点是：所述微控制器采用顺序流程循环检测法，依次检测电动高尔夫球车整车点火钥匙信号、无线接收手持终端设备发送的远程唤醒命令、远程预热电池包命令、远程自动向前驾驶命令、远程自动向后驾驶命令以及远程驾驶停止命令，并实时响应远程命令，相应完成对整车电池包及整车管理系统自检，预热电池包，匀速自动驾驶及停止操作，并向手持终端设备无线远程发送自检成功，预热成功状态；同时，微控制器通过智能方向盘实时监测电动高尔夫球车驾驶员心率脉搏信号并通过仪表盘显示，实时开闭冷却风扇完成对电池包温度安全控制，并在检测到严重故障时切断高压电池包。

在本发明的一个实施例中，所述微控制器为高尔夫球车的控制中心，手持终端设备实现无线远程控制；手持终端设备通过Zigbee协议无线发送远程唤醒、预热电池包、自动向前驾驶、自动向后驾驶以及驾驶停止命令给微控制器，微控制器通过Zigbee协议无线发送已自检成功，预热成功状态给手持终端设备。Zigbee协议采用0x10～0x50作为发送标识符，采用0x60，0x70作为状态返回标识符。

所述Zigbee无线通信技术的射频收发模块主芯片采用的CC2530是符合IEEE802.15.4标准的2.4G射频收发器，工作频率范围是2400～2483.6MHz，支持数据传输率高达250Kbit/s，各模块数据集中于CC2530芯片的微控制器上无线传输到手持终端设备上。

所述高尔夫球车采用科蒂斯电机控制器，控制器扭矩输入由油门踏板模拟量输出与微控制器控制的DA模拟量输出并联给定。高尔夫球车向前自动匀速驾驶车速为10km/h，向后自动匀速驾驶车速为5km/h，相对应的踏板模拟量由车速，扭矩等确定，根据电动车匀速行驶动态运动公式计算对应恒定输出扭矩Tt：

式中：R_Wheel表示车轮半径（m）；T_t表示动力系统单元输出转矩（Nm）；C_Drag表示空气阻力系数，常数；r表示空气密度（kg/m³）；A表示汽车迎风面积（m²）；V表示汽车行驶速度（m/s）；m表示车辆总重量（kg）；g表示重力加速度（m/s²），常数；C_{RollResistance}表示滚动阻力系数；a表示道路坡度角（rad）；i表示变速比（>1）。

然后根据扭矩与油门踏板模拟量的线性加载关系，计算得到油门踏板模拟量，即：DA=5×T_t/T_max，式中T_max为整车驱动电机最大扭矩，5为油门踏板模拟量最大值5V。

所述心率脉搏检测由集成HKX-08C心率传感器的智能方向盘构成，通过人体体表生物电检测的方式检测心脏搏动产生心电信号，输出同步于心脏搏动的脉冲信号，以位于方向盘内侧的电极测量右手和左手间的电位差来测定驾驶员的心率。采用串口通讯模式，通讯速率为9600bps，心脏每搏动一次上传一个心率数据，以视图曲线的形式动态的显示在高尔夫球车的仪表盘上，实时追踪驾驶员的心率变化情况。

所述预热电池包采用K-SAM的云母发热板，配置优化的云母发热板参数，保证锂电池包在5分钟内预热到常温20℃左右。它具有重量轻、发热速度快以及较高的温度控制精度等优点，最高功率密度可达10w/cm²，最佳功率密度为0.15～4W/cm²。由于锂电池最佳工作温度在20-40℃内，根据功率密度对应温度及加热时间表，可计算出锂电池包5分钟预热成功所需云母发热板的参数，例如在室外温度为0℃的环境下，锂电池包5分钟预热到常温20℃，由云母发热板的功率密度对应温度及加热时间表得到，所需功率密度（W）为0.08w/cm²，由锂电池包加热面积（S，单位为cm²）可计算功率（P）：P=W×S，再通过：R=U²/P，其中R为云母发热板的电阻值，U为云母发热板的电压，即可得到云母发热板的电阻值，由此来配置优化的云母板发热板参数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）智能优化的电动高尔夫球车控制方法，满足用户对高尔夫球车的高端运动需求；

（2）采用自动驾驶控制方法，避免因高尔夫球场面积大，驾驶者在用车时需要步行到高尔夫球车处；

（3）采用电池包预热控制方法，避免天气寒冷时，低温直接影响电动高尔夫球车的电池性能，影响它的启动与使用寿命；

（4）采用对驾驶者的心率实时监测的控制方法，驾驶者身体健况状如突发心脏病、困倦状态得到实时反馈，体现了人性化的控制理念。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中云母发热板的功率密度对应温度及加热时间表。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供的集人体心率脉搏检测及自动驾驶于一体的电动高尔夫球车控制方法的流程图如图1所示：

用户通过手持终端设备向Zigbee无线通信设备CC2530芯片的微控制器上发送检测点火钥匙状态的命令，若点火钥匙未开启，继续发送远程唤醒高尔夫球车的控制系统的命令，电池管理系统开始自检；若点火钥匙已开启，直接向微控制器发送电池管理系统自检命令。电池管理系统自检成功后，手持设备终端向微控制器发送预热电池包的命令，电池包温度达到设定温度T1后，微控制器向手持设备终端发送预热成功命令。高尔夫球车驾驶者通过手持设备终端向微控制器发送自动驾驶命令，使高尔夫球车向前或向后匀速自动驾驶到用户指定位置，自动驾驶结束。用户在驾驶高尔夫球车的过程中，带心率传感器的智能方向盘检测到脉搏信号，开始自动检测心率，驾驶者的心率数据以视图曲线的形式实时显示在高尔夫球车的仪表盘中。智能方向盘处的仪表盘实时显示电池电极及驱动系统数据状态，控制系统出现故障时，仪表盘发出声光报警并自动切断高压保护系统，开启冷却风扇。高尔夫球车使用完毕后，用户通过手持设备终端发送自动驾驶命令使高尔夫球车自动驾驶到指定处。

本发明一个实施例中，电动高尔夫球车控制系统示意图如图2所示，电动高尔夫球车控制系统包括电机控制器、油门踏板、电池包、控制器、智能方向盘、心率检测传感器、仪表盘以及手持设备终端等部件，油门踏板模拟量输出与控制器控制的DA模拟量输出并联给定扭矩输入到电机控制器；控制器的Zigbee无线通信模块与手持设备终端无线通信，用户通过手持设备终端发送命令到控制器完成对整个控制系统的控制；智能方向盘与控制器连接，智能方向盘上的HKX-08C心率检测传感器通过人体体表生物电检测到心脏搏动产生的心电信号，输出同步于人体心脏搏动的脉冲信号作为心率数据传输到控制器，经过处理的数据传输到仪表盘上，动态的显示出心率视图曲线，当心率突然升高或下降，仪表盘发出声光警报。

本发明的另一个实施例中，高尔夫球车自动匀速驾驶时，由手持设备终端发出自动匀速驾驶指令，控制器的踏板DA输出模块输出DA模拟量相对应的扭矩给电机控制器，使高尔夫球车分别以向前10km/h，向后5km/h的车速匀速自动驾驶；用户手动驾驶高尔夫球车时，控制器的踏板DA输出模块输出的DA模拟量与油门踏板模拟量输出控制器并联给定扭矩输入到电机控制器，控制电动高尔夫球车的驾驶速度。

本发明的另一个实施例中，在电动高尔夫球车采用锂电池为供电能源，锂电池组外包云母发热板，云母加热板与控制器相连接，控制器的电池包预热模块控制云母发热板参数并发出电池包预热指令。锂电池包外包云母发热板的面积为s cm²，在室外温度为-20℃的环境下，锂电池包5分钟预热到常温20℃，由图3云母发热板的功率密度对应温度及加热时间表得到，所需功率密度（W）为0.1w/cm²，锂电池包所需功率为0.1s（w），云母发热板的电阻值为R=u²/0.1s，u为云母发热板的电压，由云母发热板的电阻值配置优化的参数达到电池包预热的效果。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭发的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (4)

1.一种电动高尔夫球车控制方法，所述控制方法由电动高尔夫球车中的微控制器及手持终端设备共同完成，所述电动高尔夫球车中的微控制器与手持终端设备之间采用无线通讯方式实现相互联接，其特征在于：所述微控制器采用顺序流程循环检测法，依次检测电动高尔夫球车整车点火钥匙信号、无线接收手持终端设备发送的远程唤醒命令、远程预热电池包命令、远程自动向前驾驶命令、远程自动向后驾驶命令以及远程驾驶停止命令，所述微控制器实时响应远程命令，相应完成对电池包及管理系统自检、预热电池包、匀速自动驾驶及停止操作，并向手持终端设备无线远程发送自检成功，预热成功状态；同时，所述微控制器通过智能方向盘实时监测驾驶员心率脉搏信号，并通过仪表盘显示；所述微控制器实时开闭冷却风扇完成对电池包温度安全控制，并在检测到严重故障时切断高压电池包，

所述微控制器无线接收到手持终端发送的预热电池包命令后，开启电池预热模式，所述电池包采用云母发热板，配置优化的云母发热板参数，保证锂电池包在5分钟内由零度预热到常温20度左右；

其中云母发热板参数确定步骤如下：

首先根据锂电池包加热面积S(cm²)，由云母发热板的功率密度对应温度及加热时间表得到，锂电池包5分钟内由零度加热到常温20℃，所需功率密度W为0.08w/cm²；

然后计算得出云母发热板的电阻值,通过：R＝U²/P，其中R为云母发热板的电阻值，U为云母发热板的电压，P为功率，P＝W*S,即可得到云母发热板的电阻值，由此来配置优化的云母板发热板参数。

2.根据权利要求1所述的电动高尔夫球车控制方法，其特征在于：所述无线远程命令及状态的接收与发送采用Zigbee无线通信技术，手持终端设备分别采用0x10，0x20，0x30，0x40，0x50作为远程唤醒，预热电池包，自动向前驾驶，自动向后驾驶，驾驶停止命令发送标识符，通过Zigbee协议无线发送以上命令标识符给微控制器；微控制器采用0x60，0x70作为自检成功，预热成功状态返回标识符，通过Zigbee协议无线发送以上返回标识符给手持终端设备。

3.根据权利要求1所述的电动高尔夫球车控制方法，其特征在于：所述电动高尔夫球车采用科蒂斯电机控制器，控制器扭矩输入由油门踏板模拟量输出与微控制器控制的DA模拟量输出并联给定，微控制器收到手持终端设备的远程自动驾驶命令后，若为向前自动驾驶命令，则输出相应模拟量DA1给电机控制器，保存车速10km/h匀速向前行驶；若为向后自动驾驶命令，则输出相应模拟量DA2给电机控制器，保存车速5km/h匀速向后行驶；微控制器收到手持终端设备的远程自动驾驶停止命令后，则输出DA＝0给电机控制器，停止自动驾驶；

其中模拟量DA1的确定步骤如下：

首先根据电动高尔夫球车匀速行驶的动态运动公式计算10km/h车速对应恒定输出扭矩T_t：

$T_t=\frac{R_{Wheel}\·(\frac{1}{2}\·\mathrm{\ρ}\·C_{Drag}\·A\·V^2+m\·g\·C_{Roll\mathrm{Re}sis\tan ce}\·cos\mathrm{\α}+m\·g\·sin\mathrm{\α})}{i}$

式中：R_Wheel表示车轮半径；T_t表示动力系统单元输出转矩；C_Drag表示空气阻力系数，为常数；ρ表示空气密度；A表示电动高尔夫球车迎风面积；V表示电动高尔夫球车行驶速度；m表示电动高尔夫球车总重量；g表示重力加速度，为常数；C_{RollResistance}表示滚动阻力系数；α表示道路坡度角；i表示变速比>1；

然后根据扭矩与油门踏板模拟量的线性加载关系，计算得到油门踏板模拟量，即：DA1＝5×T_t/T_max，式中T_max为整车驱动电机最大扭矩，5代表油门踏板模拟量最大值5V；

模拟量DA2的确定步骤由以上类似计算得出。

4.根据权利要求1所述的电动高尔夫球车控制方法，其特征在于：所述微控制器通过智能方向盘实时监测驾驶员心率脉搏信号采用心率传感器，通过人体体表生物电检测的方式检测心脏搏动产生心电信号，输出同步于心脏搏动的脉冲信号，所述心率传感器以位于方向盘内侧的电极测量右手和左手间的电位差来测定驾驶员的心率，采用串口通讯模式，通讯速率为9600bps，心脏每搏动一次上传一个心率数据，以视图曲线的形式动态地显示在高尔夫球车的仪表盘上，实时追踪驾驶员的心率变化情况。