CN104571118B - 一种独轮车平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及独轮车领域，更具体地涉及一种独轮车平衡控制方法。其包括：获取车体在左右方向上的倾斜姿态；根据左右倾斜姿态计算车体由于左右倾斜所引起的控制速度；车体由于左右倾斜所引起的控制速度结合车体在前后方向的速度产生车体平衡速度。本发明获取车体在左右方向上的倾斜姿态来求取由于左右倾斜所带来的控制速度，并将该控制速度与车体在前后方向的速度进行结合，进而获取车体保持左右前后平衡的车体平衡速度。这使得独轮车出现左右倾斜、前后倾斜时，都能通过感知车体的姿态，通过对应动态平衡控制原理对车体进行对应的平衡控制，使得车体在前后行进的同时不易于左右倾斜倒车，令使用者在骑行使用的过程中更加轻松、舒适。

Description

一种独轮车平衡控制方法

技术领域

本发明涉及独轮车领域，更具体地，涉及一种独轮车平衡控制方法。

背景技术

独轮车在使用的过程中需要靠使用者左右平衡来控制车体不让车体左右倒车，对于电动独轮车而言使用者还需要控制前后重心来调节车体速度。传统电动独轮车只有在车体前后倾斜的过程中电控系统会做出对应的控制，这种控制方式主要依靠车体前进或者后退方向相对于车体铅锤线间的误差角度控制车体前后平衡，具体如图1，当车体处于状态一，车体向后倾斜，为了达到目标状态保持车体平衡，平衡控制算法将会得出结论需要控制车体后退以达到目标状态；当车体处于状态二，车体向前倾斜，为了达到目标状态保持车体平衡，平衡控制算法将会得出结论需要控制车体前进以达到目标状态。而对于车体的左右倾斜，独轮车的电控系统没有对应的调节，其在骑行转弯的过程中或者因为外力的作用车体左右倾斜的情况下，使用者需要通过其自身的平衡感控制车体左右平衡，而于此同时使用者仍然需要通过控制重心向前或者向后，使车体前进或者后退而又不至于左右倒车。这样使用者在使用过程中需要全方面的平衡感控制，这令使用者在学习使用电动独轮车的过程中存在难以控制的情况。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种能够控制独轮车前后左右方向平衡的独轮车平衡控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种独轮车平衡控制方法，包括：

获取车体在左右方向上的倾斜姿态；

根据左右倾斜姿态计算车体由于左右倾斜所引起的控制速度；

车体由于左右倾斜所引起的控制速度结合车体在前后方向的速度产生车体平衡速度。

本发明在现有技术的基础上增加了对左右倾斜状态的感知，通过获取车体在左右方向上的倾斜姿态来求取由于左右倾斜所带来的控制速度，并将该控制速度与车体在前后方向的速度进行结合，进而获取车体保持左右前后平衡的车体平衡速度。这使得独轮车出现左右倾斜、前后倾斜时，都能通过感知车体的姿态，通过对应动态平衡控制原理对车体进行对应的平衡控制，使得车体在前后行进的同时不易于左右倾斜倒车，令使用者在骑行使用的过程中更加轻松、舒适。

进一步的，所述获取车体在左右方向上的倾斜姿态的具体步骤是：

获取车体在上下方向上的倾斜角度以及获取车体在左右方向的角速度。

进一步的，所述车体在上下方向上的倾斜角度的获取方式为：

获取车体在上下方向上的加速度和角速度；

根据车体在上下方向上的加速度和角速度计算得到车体在上下方向上的倾斜角度。

进一步的，车体在上下方向上的加速度和角速度通过多轴传感器测量。

进一步的，车体在左右方向的角速度通过多轴传感器测量。

进一步的，车体由于左右倾斜所引起的控制速度的具体计算方式是：

其中P为常量，为车体在上下方向上的倾斜角，为车体在左右方向上的角速度， t为离散时间间隔，为车体由于左右倾斜所引起的控制速度。

进一步的，将车体由于左右倾斜所引起的控制速度与车体在前后方向的速度进行叠加得到车体的平衡速度。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明能够对车体左右倾斜状态进行感知，然后根据左右倾斜状态获取保持车体左右平衡所需的控制速度，并将该控制速度与车体在前后方向的速度进行结合，进而获取车体保持左右前后平衡的车体平衡速度。这使得独轮车出现左右倾斜、前后倾斜时，都能通过感知车体的姿态，通过对应动态平衡控制原理对车体进行对应的平衡控制，使得车体在前后行进的同时不易于左右倾斜倒车，令使用者在骑行使用的过程中更加轻松、舒适。

附图说明

图1为现有技术中独轮车进行前后平衡控制的示意图。

图2为本发明一种独轮车平衡控制方法具体实施例的流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，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或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

目前的独轮车都能够在前后方向上保持平衡，当车体向前进与后退方向倾斜时，可以依据传感的控制方式驱动车体前进与后退以控制车子在前后方向上的动态平衡。本发明在前后平衡的状态下增加对左右平衡的控制，使独轮车出现左右倾斜、前后倾斜时，都能通过感知车体的姿态，通过对应动态平衡控制原理对车体进行对应的平衡控制，使得车体在使用过程中不会前后倒车的同时不易于左右倾斜倒车。 具体实施方式如下：

如图2所示，为本发明一种独轮车平衡控制方法具体实施例的流程图。参见图2，本具体实施例一种独轮车平衡控制方法具体包括如下步骤：

S101.获取车体在左右方向上的倾斜姿态；

S102.根据左右倾斜姿态计算车体由于左右倾斜所引起的控制速度；

S103.车体由于左右倾斜所引起的控制速度结合车体在前后方向的速度产生车体平衡速度。

其中，车体在左右方向上的倾斜姿态的感知可以通过多轴传感器来感应。

其中，车体在前后方向的速度也可以依据多轴传感器来感应车体在前后方向上的倾斜，从而产生一个前后方向的速度来驱动车体前进与后退以控制车子在前后方向上的动态平衡。

在本具体实施例中，根据车体左右方向上的倾斜姿态产生一个控制速度，将该控制速度与车体在前后方向的速度进行结合从而产生一个车体平衡速度，该车体平衡速度可以驱动车体在前进或后退的同时实现转弯，而使车体避免向左或向右倾倒。

在具体实施过程中，步骤S101中获取车体在左右方向上的倾斜姿态的具体步骤是：获取车体在上下方向上的倾斜角度以及获取车体在左右方向的角速度。其中，可以根据车体在上下方向上的加速度和角速度计算得到车体在上下方向上的倾斜角度，车体在上下方向上的加速度和角速度通过多轴传感器测量，具体计算时可以使用卡尔曼融合算法或者互补融合算法得到车体在上下方向上的倾斜角度。

其中，车体在左右方向的角速度也可以通过多轴传感器测量。

在具体实施过程中，步骤S102中车体由于左右倾斜所引起的控制速度的具体计算方式是：

其中P为常量，为车体在上下方向上的倾斜角，为车体在左右方向上的角速度， t为离散时间间隔，为车体由于左右倾斜所引起的控制速度。

在具体实施过程中，步骤S103中可以将车体由于左右倾斜所引起的控制速度与车体在前后方向的速度进行叠加得到车体的平衡速度。

在本发明的具体应用中，可以建立车体的空间直角坐标系Oxyz，其中x轴可以表示为车体的前后方向，y轴可以表示为车体的左右方向，z轴可以表示为车体的上下方向。车体在行进过程中由于重力、外力等作用，车体会出现向左或者向右倾斜的情况，在该状态下多轴传感器测量x 、y、z轴的加速度，定义为，也测量x 、y、z轴上的角速度，这里定义为 ，根据对应的角速度与加速度使用卡尔曼融合算法或者互补融合算法等可以得到车体相对x、y、z轴的倾斜角度，根据计算得到的倾斜角度可以计算车体在左右方向上的控制速度。当车体出现向左倾斜角时，受重力作用车体将会向左倒车，若在该状态下根据多轴传感器的数据对应计算出对应的控制速度，控制车体前进或者后退时车体将会出现转弯的现象，而不至于向左边倾倒。由于倾斜引起的控制速度与多轴传感器多个测量量之间的关系为：

其中P为常量，其受车体的轮子大小、重量等参数影响，为车体在上下方向上的倾斜角，为车体在左右方向上的角速度， t为离散时间间隔。其中，一部分确认的方向， 为负，若为正，则输出为负，车体沿x轴的负方向运动，绕z轴逆方向旋转；若为负，若为负，输出为正运动方向的反向。另一部分确定的大小，若车体倾斜的角度较大系统控制车体的运动速度也会增加。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种独轮车平衡控制方法，其特征在于，包括：

获取车体在左右方向上的倾斜姿态；

根据左右倾斜姿态计算车体由于左右倾斜所引起的控制速度；

车体由于左右倾斜所引起的控制速度结合车体在前后方向的速度产生车体平衡速度；所述获取车体在左右方向上的倾斜姿态的具体步骤是：

获取车体在上下方向上的倾斜角度以及获取车体在左右方向的角速度；

车体由于左右倾斜所引起的控制速度的具体计算方式是：

其中P为常量，为车体在上下方向上的倾斜角，为车体在左右方向上的角速度， t为离散时间间隔，为车体由于左右倾斜所引起的控制速度。

2.根据权利要求1所述的独轮车平衡控制方法，其特征在于，所述车体在上下方向上的倾斜角度的获取方式为：

获取车体在上下方向上的加速度和角速度；

根据车体在上下方向上的加速度和角速度计算得到车体在上下方向上的倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的独轮车平衡控制方法，其特征在于，车体在上下方向上的加速度和角速度通过多轴传感器测量。

4.根据权利要求3所述的独轮车平衡控制方法，其特征在于，车体在左右方向的角速度通过多轴传感器测量。

5.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车平衡控制方法，其特征在于，将车体由于左右倾斜所引起的控制速度与车体在前后方向的速度进行叠加得到车体的平衡速度。