CN104875842A - 个人滑行工具的体感电动滑行控制方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种个人滑行工具的体感电动滑行控制方法及其系统，该方法包括以下步骤：CPU读取预设的轻阻面摩擦系数值U；CPU通过加速度传感器获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大运行速度V0；CPU根据V0和U驱动电机开始模仿车体在轻阻面上的滑行即缓慢减速的滑行；在滑行过程中，CPU通过实时检测加速度来判断是否进入再加速状态即是否蹬地;若进入再加速状态即蹬地，则CPU根据蹬地后获取的新的加速度信息和速度信息，处理后驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面滑行；若否，则判断电机是否处于助力状态即是否踩下刹车；若踩下刹车，则退出助力模式并按照刹车力度分别进入惯性滑行或减速刹车状态；若未踩下刹车，则继续保持原有的模仿轻阻面滑行。
Description
技术领域
本发明涉及滑行技术领域，尤其涉及一种个人滑行工具的体感电动滑行控制方法及其系统。
背景技术
现有的个人滑行工具有单轮或多轮的滑板、滑板车或滑板鞋等，这些个人滑行工具的使用方法是：使用者一脚踏于脚踏板上，而另一支脚踩踏地面并将个人滑行工具撑向前方，个人滑行工具向前滑行时，使用者的双脚均收踏于脚踏板上，待滑行速度减慢至停止时，再将另一脚踩踏地面并将个人滑行工具撑向前方，然后再将双脚均收踏于脚踏板上，如此反复操作，即可达到运动与休闲的双重目的。
现有的个人滑行工具均设置刹车和油门，单独靠手去控制油门大小，从而使电机运转，实现加减速功能。这种控制方式存在以下缺陷：
1）完全靠电机起步，能耗高，同等电池容量下续航能力差；
2）可玩性差，没有与驾驶者有深入的人机交互，只能当做普通的短途交通工具使用；
3）学习性差，油门的大小需要反复练习熟悉才能将整车控制得比较好，油门可深可浅，导致加速体验比较差；
4）油门依靠手去控制，长时间运行容易产生手部疲劳，甚至导致交通事故的发生。
综合上述描述，现有的个人滑行工具的滑行方式已无法满足市场的需求了。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种可玩及学习性好、续航能力好的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法及其系统。
为实现上述目的，本发明提供一种个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，驾驶员一只脚部踏在滑行工具的滑行踏板上，另外一只脚部蹬地动作，包括以下步骤：
步骤1，CPU读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U；
步骤2，CPU通过观测加速度传感器的状态变化获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大初始运行速度V0；
步骤3，驱动电机以最大初始运行速度V0开始模仿在摩擦系数值为U的轻阻面上滑行；
步骤4,在滑行过程中，CPU实时检测加速度的状态变化，判断是否进入再加速状态;若进入再加速状态，加速度传感器可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU根据获取新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路，驱动回路驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行即执行步骤2；若否，则判断电机是否处于助力状态即是否踩下刹车；若踩下刹车，则退出助力模式，按照刹车力度分别进入惯性滑行或减速刹车状态；若未踩下刹车，则继续保持原有的模仿轻阻面滑行即保持步骤3。
该新的运行速度的公式为：Vn= f(T),其中f(T) = V0 - a*T；
以下描述各个变量含义：
Vn 代表下一时刻的设定速度, T代表时间，
a代表加速度函数，a = f(Vn-1)，其中f(Vn-1) = (F + c*Vn-1 2)/m, F代表地面对车体的阻力，m代表总质量，c代表风阻常数，风阻与当前时刻速度的平方值成正比, Vn-1为当前时刻速度。
其中，所述最大初始运行速度V0的大小与脚部蹬地的力量大小和蹬地持续时间成正相关。
为实现上述目的，本发明还提供一种个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，包括
安装在滑行工具上的加速度传感器，该加速度传感器用于感知脚部蹬地动作，且根据蹬地力量的大小获取车体加速度状态变化；
安装在滑行工具内的flash芯片，该flash芯片用于预设轻阻面摩擦系数值U；
安设在滑行工具内或其表面上的CPU处理器，该CPU处理器用于读取flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U，且用于获取运行速度；
安装在滑行工具底端的电机，该电机与滑行工具的滑行轮驱动连接，且驱动该滑行工具以最大初始运行速度V0滑行或以新的运行速度滑行；
驱动回路，在滑行工具滑行过程中，脚部每次蹬地，加速度传感器均可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU处理器根据获取的新的新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路，驱动回路驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行；
所述CPU处理器的输入端与flash芯片电连接且读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值；所述CPU处理器的输入端还与加速度传感器电连接，且所述CPU处理器的输出端通过驱动回路与电机电连接。
其中，该控制系统还包括用于检测滑行工具是否刹车的刹车检测开关，所述刹车检测开关与CPU处理器的输入端电连接。
其中，CPU处理器包括用于读取轻阻面摩擦系数值的数值读取单元、用于检测加速度传感器状态是否发生变化的状态检测单元、用于连接驱动回路的驱动单元和用于获取新的运行速度的速度获取单元；所述flash芯片与数值读取单元的输入端电连接，所述加速度传感器与状态检测单元的输入端电连接；所述数值读取单元和状态检测单元的输出端均与速度获取单元电连接，且所述速度获取单元通过驱动单元与驱动回路电连接。
其中，所述CPU处理器还包括用于检测刹车检测开关通断的开关检测单元，所述刹车检测开关与开关检测单元的输入端电连接，且所述开关检测单元的输出端与速度获取单元电连接。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法及其系统，驾驶员在使用该滑行工具时是一只脚部踏在滑行工具的滑行踏板上，另外一只脚部蹬地动作，且由CPU读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U，当脚部蹬地后，CPU通过观测加速度传感器的状态变化获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大初始运行速度V0，驱动电机以最大初始运行速度V0开始模仿在轻阻面上滑行，在滑行过程中，实时检测加速度的状态变化，脚部每次蹬地，加速度传感器均可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，根据获取的新的新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行。同时，驾驶员在滑行过程中可多次脚部蹬地，且每次蹬地后总能获得一个新的运行速度，因此，个人滑行工具无论在何时滑行，驾驶者都可以用一只脚部蹬地从而让个人滑行工具进入新的速度运行状态。本发明达到模拟普通滑板车或其他个人滑行工具在路面上受到滚动摩擦的运动状态，使得滑行距离更远。且具有以下有益效果：
1）加入脚步蹬地助力起步，降低因为需要克服最大静摩擦需要的起步电量，提高整车续航能力；2）该系统由于有加速度传感器感知脚部蹬地动作，以及根据蹬地力量的大小输出匹配的加速度信号，增加了用户与车的交互，极大的提高了可玩性；3）由于该发明完全依照人类习惯动作实现车体的操作，起到“零学习”即可入门的效果；4）没有油门的概念，完全根据脚部蹬地实现加速感知，不会产生驾驶疲劳。
附图说明
图1为本发明的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法的步骤流程图；
图2为本方法中一次脚部蹬地的电机速度与时间的曲线关系图；
图3为本发明中多次脚部蹬地的电机速度与时间的曲线关系图；
图4为本发明的个人滑行工具的体感电动滑行控制系统的方框图。
主要元件符号说明如下：
10、加速度传感器 11、flash芯片
12、CPU处理器 13、电机
14、驱动回路 15、刹车检测开关
121、数值读取单元 122、开关检测单元
123、状态检测单元 124、驱动单元
125、速度获取单元。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1，本发明的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，驾驶员一只脚部踏在滑行工具的滑行踏板上，另外一只脚部蹬地动作，包括以下步骤：
步骤S1，CPU读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U；摩擦系数U可以是任意值，即可以模仿任意摩擦系数的平面，摩擦系数有系统预设值，也可以通过外部传输数据命令的方法进行设置，例如手机APP。
步骤S2，CPU通过观测加速度传感器的状态变化获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大初始运行速度V0；由于脚部蹬地力量最大时，车体加速度达到最大，此时电机速度尚未达到最大，当脚部蹬地离地瞬间，车体加速度接近为零，此时电机速度达到最大值，因此通过观测加速度传感器输出的加速度值的状态变化，可以在正确时刻获取车体的最大初始运行速度V0。
步骤S3，驱动电机以最大初始运行速度V0开始模仿在摩擦系数值为U的轻阻面上滑行。
步骤S4，在滑行过程中，CPU实时检测加速度的状态变化，判断是否进入再加速状态;若进入再加速状态，加速度传感器可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU根据获取新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路，驱动回路驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行即执行步骤S2；若否，则判断电机是否处于助力状态即是否踩下刹车；若踩下刹车，则退出助力模式，按照刹车力度分别进入惯性滑行或减速滑行；若未踩下刹车，则继续保持原有的最大初始运行速度V0的模仿轻阻面滑行即保持步骤3。
模仿在轻阻接触面上滑行，实际上是在车体滑行过程中有电机助力，使得滑行距离更远，达到模仿摩擦系数较小的接触面的目的，例如有润滑油覆盖的路面或者十分光滑的冰面。该更新速度的公式为：Vn= f(T),其中f(T) = V0 - a*T；
以下描述各个变量含义：
Vn 代表下一时刻的设定速度, T代表时间，
a代表加速度函数，a = f(Vn-1)，其中f(Vn-1) = (F + c*Vn-1 2)/m, F代表地面对车体的阻力，m代表总质量，c代表风阻常数，风阻与当前时刻速度的平方值成正比, Vn-1为当前时刻速度。综合以上描述，Vn= V0 -（a1 + c*Vn-1 2）* T/m，对于人体而言风阻常数比较小，车速(在20km/h以内)也比较小，因此常数a1远远大于k*Vn-1 2，对于设定速度而言，初次蹬地速度确定后，影响较大的变量就是时间T，因此，模仿不同摩擦系数的接触面只需控制好车体由V0速度变为零速所花掉的时间即可，举例说明，假设控制周期T越小，那么车体自蹬地后获得的初速到零速所花掉的时间越长，所模仿的接触面摩擦系数越小，接触面也就越光滑，反之如果控制周期T越大，接触面越粗糙。因此步骤S1所描述的摩擦系数U可用控制周期T来表征，U也可以通过手机APP进行用户设定。
其中，所述最大初始运行速度V0的大小与脚部蹬地的力量大小和蹬地持续时间呈正相关。
相较于现有技术的情况，本发明提供的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，驾驶员在使用该滑行工具时是一只脚部踏在滑行工具的滑行踏板上，另外一只脚部蹬地动作，且由CPU读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U，当脚部蹬地后，CPU通过观测加速度传感器的状态变化获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大初始运行速度V0，驱动电机以最大初始运行速度V0开始模仿在轻阻面上滑行，实时检测加速度的状态变化，脚部每次蹬地，加速度传感器均可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，根据获取的新的新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行;同时，驾驶员在滑行过程中可多次脚部蹬地，且每次蹬地后总能获得一个新的运行速度，因此，个人滑行工具无论在何时滑行，驾驶者都可以用一只脚部蹬地从而让个人滑行工具进入新的速度运行状态。本发明达到模拟普通滑板车或其他个人滑行工具在路面上受到滚动摩擦的运动状态，使得滑行距离更远。
在本实施例中最大初始运行速度V0的大小与脚部蹬地的力量大小和蹬地持续时间呈正相关。滑行工具在滑行过程中，另外一只脚每次蹬地，均可获取一个新的最大初速度信息，驱动电机以该新的运行速度开始模仿在轻阻接触面上滑行，进入再加速的运动状态。
请进一步参阅图2-3，图2为一次脚部蹬地后电机速度与时间的曲线关系图，根据用户每次蹬地力量不同，在T0时刻加速度回复到最小，速度达到最大，最大初速度会不同，那么车体的滑行曲线也会不同，滑行距离也会不同，例如V0越大，车体车速变为零所耗掉的时间越长，滑得更远。图3表示的是车体可以在助力滑行的过程中任意时刻进入再助力的状态，例如在滑行过程中其中一只脚蹬地后，车体会以新的最大速度开始做仿轻阻面的滑行。
请进一步参阅图4，本发明提供一种个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，安装在滑行工具上的加速度传感器10，该加速度传感器10用于感知脚部蹬地动作，且根据蹬地力量的大小获取车体加速度状态变化；
安装在滑行工具内的flash芯片11，该flash芯片11用于预设轻阻面摩擦系数值；
安设在滑行工具内或其表面上的CPU处理器12，该CPU处理器12用于读取flash芯片11内预设的轻阻面摩擦系数值，且用于获取运行速度；
安装在滑行工具底端的电机13，该电机13与滑行工具的滑行轮驱动连接，且驱动该滑行工具以最大初始运行速度V0滑行或以新的运行速度滑行；
驱动回路14，在滑行工具滑行过程中，脚部每次蹬地，加速度传感器10均可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU处理器12根据获取的新的新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路14，驱动回路14驱动电机13以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行；
CPU处理器12的输入端与flash芯片11电连接且读取存储在flash芯片11内预设的轻阻面摩擦系数值；CPU处理器12的输入端还与加速度传感器10和助力模块14电连接，且CPU处理器12的输出端通过驱动回路14与电机电连接。
在本实施例中，该控制系统还包括用于检测滑行工具是否刹车的刹车检测开关15，刹车检测开关15与CPU处理器12的输入端电连接。CPU处理器12包括用于读取轻阻面摩擦系数值的数值读取单元121、用于检测加速度传感器10状态是否发生变化的状态检测单元123、用于连接驱动回路14的驱动单元124和用于获取新的运行速度的速度获取单元125；flash芯片11与数值读取单元121的输入端电连接，加速度传感器11与状态检测单元122的输入端电连接；数值读取单元121和状态检测单元123的输出端均与速度获取单元125电连接，且速度获取单元125通过驱动单元124与电机13电连接。CPU处理器12还包括用于检测刹车检测开关15通断的开关检测单元122，刹车检测开关15与开关检测单元122的输入端电连接，且开关检测单元122的输出端与速度获取单元125电连接。
本发明具有如下优势：
1）加入脚步蹬地助力起步，降低因为需要克服最大静摩擦需要的起步电量，提高整车续航能力；
2）该系统由于有传感器感知脚部蹬地动作，以及根据蹬地力量的大小输出匹配的加速度信号，增加了用户与车的交互，极大的提高了可玩性；
3）由于该发明完全依照人类习惯动作实现车体的操作，起到“零学习”即可入门的效果；
4）没有油门的概念，完全根据脚部蹬地实现加速感知，不会产生驾驶疲劳。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，驾驶员一只脚部踏在滑行工具的滑行踏板上，另外一只脚部蹬地动作，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，CPU读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U；
步骤2，CPU通过观测加速度传感器的状态变化获取车体在蹬地脚离地瞬间的最大初始运行速度V0；
步骤3，驱动电机以最大初始运行速度V0开始模仿在摩擦系数值为U的轻阻面上滑行即缓慢减速的滑行；
步骤4,在滑行过程中，CPU实时检测加速度的状态变化，判断是否进入再加速状态;若进入再加速状态，加速度传感器可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU根据获取新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路，驱动回路驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行即执行步骤2；若否，则判断电机是否处于助力状态即是否踩下刹车；若踩下刹车，则退出助力模式，按照刹车力度分别进入惯性滑行或减速刹车状态；若未踩下刹车，则继续保持原有的模仿轻阻面滑行即保持步骤3；
该新的运行速度的公式为：Vn= f(T),其中f(T) = V0 - a*T；
以下描述各个变量含义：
Vn 代表下一时刻的设定速度, T代表时间，
a代表加速度函数，a = f(Vn-1)，其中f(Vn-1) = (F + c*Vn-1 2)/m, F代表地面对车体的阻力，m代表总质量，c代表风阻常数，风阻与当前时刻速度的平方值成正比, Vn-1为当前时刻速度。
2.根据权利要求1所述的个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，其特征在于，通过是否刹车来判断电机是否处于助力状态，若刹车，则退出助力状态，否则保持助力状态。
3.该体感电动滑行控制方法具体控制策略为：若在电机助力状态下，则执行步骤3；若不在电机助力状态下，则该滑行工具退出助力，并按照刹车力度分别进入惯性滑行或减速刹车状态。
4.根据权利要求1所述的一种个人滑行工具的体感电动滑行控制方法，其特征在于：所述步骤1中的轻阻面系数值U是从存储器flash芯片中读取的预设值，用户也可以自行设定。
5.通过设定U的大小，可以实现在冰面上，玻璃面上，水泥路面上等多种路面上的滑行效果。
6.设定U等于0 ，则可以实现匀速滑行。
7.一种个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，其特征在于包括：
安装在滑行工具上的加速度传感器，该加速度传感器用于感知脚部蹬地动作，且根据蹬地力量的大小获取车体加速度状态变化；
安装在滑行工具内的flash芯片，该flash芯片用于预设轻阻面摩擦系数值U；
安装在滑行工具内或其表面上的CPU处理器，该CPU处理器用于读取flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U，且用于获取运行速度；
安装在滑行工具底端的电机，该电机与滑行工具的滑行轮驱动连接，且驱动该滑行工具以最大初始运行速度V0滑行或以新的运行速度滑行；
驱动回路，在滑行工具滑行过程中，脚部每次蹬地，加速度传感器均可获取一个新的加速度信息和新的速度信息，CPU处理器根据获取的新的新的加速度信息和新的速度信息处理后得到一个新的运行速度，并发送给驱动回路，驱动回路驱动电机以新的运行速度开始进行仿轻阻面地滑行；
所述CPU处理器的输入端与flash芯片电连接且读取存储在flash芯片内预设的轻阻面摩擦系数值U；所述CPU处理器的输入端还与加速度传感器电连接，且所述CPU处理器的输出端通过驱动回路与电机电连接。
8.根据权利要求4所述的个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，其特征在于，该控制系统还包括用于检测滑行工具是否刹车的刹车检测开关，所述刹车检测开关与CPU处理器的输入端电连接。
9.根据权利要求5所述的个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，其特征在于，CPU处理器包括用于读取轻阻面摩擦系数值U的数值读取单元、用于检测加速度传感器状态是否发生变化的状态检测单元、用于连接驱动回路的驱动单元和用于获取新的运行速度的速度获取单元；所述flash芯片与数值读取单元的输入端电连接，所述加速度传感器与状态检测单元的输入端电连接；所述数值读取单元和状态检测单元的输出端均与速度获取单元电连接，且所述速度获取单元通过驱动单元与驱动回路电连接。
10.根据权利要求6所述的个人滑行工具的体感电动滑行控制系统，其特征在于，所述CPU处理器还包括用于检测刹车检测开关通断的开关检测单元，所述刹车检测开关与开关检测单元的输入端电连接，且所述开关检测单元的输出端与速度获取单元电连接。
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