CN104908611B - 用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法 - Google Patents

用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法，其中控制系统包括车载端装置和可视多媒体控制装置；车载端装置包括第一控制模块、第一无线传输模块、右轮毂电机驱动模块、左轮毂电机驱动模块、姿态检测模块、脚踏检测模块和转向检测模块；可视多媒体控制装置包括第二控制模块、第二无线传输模块、触摸屏和数据存储模块；触摸屏用于接收电动平衡车启动密码、多媒体播放控制信号以及显示电动平衡车运行状态信息；车载端装置和可视多媒体控制装置之间通过第一无线传输模块和第二无线传输模块进行信息交互，能够提高电动平衡车的安全性和驱动性能。

Description

用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，具体地说涉及一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法。
背景技术
电动平衡车主要是基于车体内部陀螺仪和加速度传感器所检测到的车体姿态变化，在动态稳定原理基础上通过电机驱动来实现车体运动中的平衡。目前的电动平衡车的控制系统主要涉及到车载端控制这类单端控制系统，例如，公开号为“CN102874356A”的中国发明专利中公开了一种双轮自平衡车辆控制系统，涉及到平衡车控制系统组成，是一种单端控制系统，当人远离平衡车时，无法获知平衡车的运行状态，即使被盗也无法获知，所以其安全性差。
另外，目前大多数电动平衡车中采用的是非轮毂电机，然而非轮毂电机式的电动平衡车的控制系统往往存在驱动效率低、性能差、电路复杂、成本高的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的上述问题，提出一种具有良好安全性和驱动性能的用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统及方法。
本发明的一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统，包括车载端装置和可视多媒体控制装置；所述车载端装置包括第一控制模块、第一无线传输模块、右轮毂电机驱动模块、左轮毂电机驱动模块、姿态检测模块、脚踏检测模块和转向检测模块；所述第一控制模块分别与第一无线传输模块、右轮毂电机驱动模块、左轮毂电机驱动模块、姿态检测模块、脚踏检测模块和转向检测模块连接；
所述可视多媒体控制装置包括第二控制模块、第二无线传输模块、触摸屏和第一数据存储模块；所述第二控制模块分别与第二无线传输模块、触摸屏和第一数据存储模块连接；所述触摸屏用于接收电动平衡车启动密码，多媒体播放控制信号，以及显示电动平衡车运行状态信息；
所述车载端装置和可视多媒体控制装置之间通过所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块进行信息交互。
优选地，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块均能采用WIFI无线传输模块、GSM无线传输模块、CDMA无线传输模块、红外无线传输模块或Zigbee无线传输模块来实现。
优选地，所述右轮毂电机驱动模块和左轮毂电机驱动模块均包括轮毂电机驱动电路、霍尔转子位置检测电路和反电动势转子位置检测电路。
优选地，所述轮毂电机驱动电路包括U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；所述U相驱动电路包括第一光电耦合器、第一MOS管驱动芯片、第一MOS管和第二MOS管；第一光电耦合器的输出端与第一MOS管驱动芯片的输入端连接，第一MOS管驱动芯片的输出端分别与第一MOS管和第二MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的U相连接，第一MOS管的漏极与电源端连接，第二MOS管的源极接地；
所述V相驱动电路包括第二光电耦合器、第二MOS管驱动芯片、第三MOS管和第四MOS管；第二光电耦合器的输出端与第二MOS管驱动芯片的输入端连接，第二MOS管驱动芯片的输出端分别与第三MOS管和第四MOS管的栅极连接，第三MOS管的源极与第四MOS管的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的V相连接，第三MOS管的漏极与电源端连接，第四MOS管的源极接地；
所述W相驱动电路包括第三光电耦合器、第三MOS管驱动芯片、第五MOS管和第六MOS管；第三光电耦合器的输出端与第三MOS管驱动芯片的输入端连接，第三MOS管驱动芯片的输出端分别与第五MOS管和第六MOS管的栅极连接，第五MOS管的源极与第六MOS管的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的W相连接，第五MOS管的漏极与电源端连接，第六MOS管的源极接地；所述第一光电耦合器、第二光电耦合器和第三光电耦合器的输入端分别与第一控制模块的输出端连接；
所述霍尔转子位置检测电路包括霍尔位置传感器，霍尔位置传感器与第一控制模块连接；
所述反电动势转子位置检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第三电容；第一电阻的一端与第一控制模块连接，另一端与第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与轮毂电机定子绕组的U相连接；第三电阻和第一电容并联后跨接在第二电阻的一端与电源端之间；第四电阻的一端与第一控制模块连接，另一端与第五电阻的一端连接；第五电阻的另一端与轮毂电机定子绕组的V相连接；第六电阻和第二电容并联后跨接在第五电阻的一端与电源端之间；第七电阻的一端与第一控制模块连接，另一端与第八电阻的一端连接；第八电阻的另一端与轮毂电机定子绕组的W相连接；第九电阻和第三电容并联后跨接在第八电阻的一端与电源端之间。
优选地，所述姿态检测模块包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计和陀螺仪分别与第一控制模块连接。
优选地，所述脚踏检测模块包括压力传感器，所述压力传感器与第一控制模块连接。
优选地，所述转向检测模块包括转向电位器，所述转向电位器与第一控制模块连接。
优选地，所述车载端装置还包括音频解码模块、第二数据存储模块和扬声器；所述音频解码模块与第一无线传输模块连接，所述第二数据存储模块和扬声器分别与音频解码模块连接。
优选地，所述车载端装置还包括前照明灯模块和后指示灯模块，所述前照明灯模块和后指示灯模块分别与第一控制模块连接。
本发明的一种对用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统进行控制的方法，包括以下步骤：
电动平衡车远程启动控制步骤；
第一控制模块判断是否检测到脚踏检测模块输出的脚踏信号；
若检测到，则进行电动平衡车倾角直行控制步骤；
第一控制模块获取电动平衡车的运行状态信息，控制第一无线传输模块将该运行状态信息发送出去；
第二控制模块控制第二无线传输模块接收该运行状态信息，并控制触摸屏对该运行状态信息进行显示；
若没有检测到，则第一控制模块控制电动平衡车的左轮毂电机和右轮毂电机停转。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的控制系统及方法通过车载端装置的第一无线传输模块和可视多媒体控制装置的第二无线传输模块、触摸屏等，能够将平衡车的运行状态通过触摸屏等进行显示和控制，实现了平衡车的可视多媒体控制，并且可实现电动平衡车的远程密码启动控制，为电动平衡车提供了密码保护，从而提高了电动平衡车的安全性。通过设置左轮毂电机驱动模块和右轮毂电机驱动模块实现了对轮毂电机式电动平衡车的控制，能够提高电动平衡车的驱动、控制性能，改善了电动平衡车的驾驶性能。
本控制系统及方法通过设置U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路的能够实现对轮毂电机的驱动控制，从而实现对轮毂电机式电动平衡车的控制，并改善了电动平衡车的驱动、控制性能。
由于电动平衡车对电机工作性能有较高要求，任何情况下，电机工作失误都会威胁驾驶安全。而霍尔位置传感器作为独立的信号传感元件，长时间工作或恶劣条件下都存在失效的可能，这将会导致转子位置判断失效。本控制系统及方法中通过霍尔转子位置检测电路和反电动势转子位置检测电路，构成了一种复合式的轮毂电机位置检测电路，分别对霍尔位置信号和反电动势信号进行检测，第一控制模块能够采集霍尔位置信号，并对霍尔真值进行判断，当霍尔真值为0时，即判断霍尔位置传感器失效，再通过采集反电动势信号，将反电动势信号作为轮毂电机位置的判断依据，可有效避免轮毂电机正常运行下因霍尔位置传感器失效而导致的电机停转问题，从而提升轮毂电机运转可靠性及稳定性。
本控制系统及方法通过加速度计和陀螺仪对电动平衡车的倾角进行检测，提高了检测精度，能够实现对电动平衡车倾角直行的高精度控制。
本控制系统及方法通过压力传感器对脚踏信号进行检测，从而控制电动平衡车只有在驾驶员脚踏踏板时才能前行或后退，避免在电动平衡车启动后未刹车时直接运动，提高了电动平衡车的安全性。
本控制系统及方法通过采用转向电位器实现了对轮毂电机式电动平衡车的转向控制，其结构简单、输出信号大、使用方便、价格低廉，可节约控制系统的成本。
本控制系统及方法通过触摸屏、音频解码模块、前照明灯模块、后指示灯模块等实现了电动平衡车运行状态信息显示、歌曲播放以及前照明灯启停等功能，提高了电动平衡车的安全性和娱乐性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例的一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统的结构框图；
图2是本发明实施例的一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统的结构框图；
图3是本发明实施例中的右/左轮毂电机驱动模块的一种具体实现电路的示意图；
图4是本发明实施例的一种电动平衡车控制方法的流程框图；
图中附图标记表示为：10-车载端装置，20-可视多媒体控制装置，101-第一控制模块，102-第一无线传输模块，103-右轮毂电机驱动模块，104-左轮毂电机驱动模块，105-姿态检测模块，106-脚踏检测模块，107-转向检测模块，108-前照明灯模块，109-后指示灯模块，110-音频解码模块，111-第二数据存储模块，112-扬声器，201-第二控制模块，202-第二无线传输模块，203-触摸屏，204-第一数据存储模块，31-轮毂电机驱动电路，32-霍尔转子位置检测电路，33-反电动势转子位置检测电路，301-第一光电耦合器，302-第一MOS管驱动芯片，303-第二光电耦合器，304-第二MOS管驱动芯片，305-第三光电耦合器，306-第三MOS管驱动芯片，307-霍尔位置传感器，5-轮毂电机定子绕组。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要注意的是，本文中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。术语“连接”应被宽泛地理解并且指的是电连接、机械连接、或者以另外地连接两个或更多个元件或者信号，直接地或者通过中间电路和/或元件间接地连接。
图1示出了一种实施例的用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统的结构框图，如图1所示，本实施例的一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统，包括车载端装置10和可视多媒体控制装置20；所述车载端装置10包括第一控制模块101、第一无线传输模块102、右轮毂电机驱动模块103、左轮毂电机驱动模块104、姿态检测模块105、脚踏检测模块106和转向检测模块107；所述第一控制模块101分别与第一无线传输模块102、右轮毂电机驱动模块103、左轮毂电机驱动模块104、姿态检测模块105、脚踏检测模块106和转向检测模块107连接。
所述可视多媒体控制装置20包括第二控制模块201、第二无线传输模块202、触摸屏203和第一数据存储模块204；所述第二控制模块201分别与第二无线传输模块202、触摸屏203和第一数据存储模块204连接；所述触摸屏203用于输入电动平衡车启动密码和歌曲播放指令，以及显示电动平衡车运行状态信息。
所述车载端装置10和可视多媒体控制装置20之间通过所述第一无线传输模块102和所述第二无线传输模块202进行信息交互。
优选地，如图2所示，所述车载端装置10还可以包括前照明灯模块108和后指示灯模块109，所述前照明灯模块108和后指示灯模块109分别与第一控制模块101连接。所述车载端装置10还包括音频解码模块110、第二数据存储模块111和扬声器112；所述音频解码模块110与第一无线传输模块102连接，所述第二数据存储模块111和扬声器112分别与音频解码模块110连接。
作为一种具体实现方式，所述脚踏检测模块106可采用压力传感器来实现，所述压力传感器与第一控制模块101连接。具体而言，一种方式是可采用传统压阻式压力传感器，采用惠斯登电桥原理组成的压力传感器通过桥上应变电阻受压改变阻值使得电桥输出电压发生改变的原理，这种方式灵敏度高并且检测得到的压力值精度高。另一种方式是使用成品压力仪表，压力仪表避免了传感器因为受环境因素影响而使得检测存在较大误差的问题，而且使用方面，一般可通过RS232等通信接口直接与微处理器相连，微处理器用通信协议直接读取压力值，经过分析做出相应反应。典型的压力仪表有海宝公司的HL系列。又一种方式是采用专用踏板力传感器，典型的有欧美大地仪器公司的MLA-1KNA。专用踏板力传感器无需改造踏板，安装方便，而且测量精度高。通过压力传感器对脚踏信号进行检测，从而控制电动平衡车只有在驾驶员脚踏踏板时才能前行或后退，避免在电动平衡车启动后未刹车时直接运动，提高了电动平衡车的安全性。
本实施例中车载端装置10以第一控制模块101为核心，在无线接收到可视多媒体控制装置20的电动平衡车启动信号后，通过脚踏检测模块106获得驾驶员上车的触发信号；通过姿态检测模块105获得电动平衡车当前的加速度和角速度；通过转向检测模块107获得电动平衡车的转向角度信号；最后通过左轮毂电机驱动模块104和右轮毂电机驱动模块103分别驱动电动平衡车的左轮毂电机和右轮毂电机，实现了电动平衡车的远程启动控制和电动平衡车的前进、后退、左转和右转控制。此外，第一控制模块101可以根据电动平衡车的减速和后退信号以驱动后指示灯模块109，点亮后指示灯；根据可视多媒体控制装置20无线发送来的前照明灯模块108启停指令来控制前照明灯的开关；根据可视多媒体控制装置20无线发送来的歌曲播放指令，通过音频解码模块110、第二数据存储模块111和扬声器112进行歌曲播放。第二数据存储模块111用于存储歌曲等内容，优选地，可采用TF卡等数据存储卡。
本实施例中可视多媒体控制装置20以第二控制模块201为核心，通过可视多媒体控制装置20中的第二无线传输模块202与车载端装置10中的第一无线传输模块102之间的通信进行信息交互，一方面将触摸屏203上手动输入的电动平衡车启动命令、前照明灯模块108启停指令和歌曲播放指令，发送给车载端装置10；另一方面接收来自车载端装置10的电动平衡车运行状态信息，并在触摸屏203上进行显示。第一数据存储模块204用于保存电动平衡车的预设启动密码，优选地，可以采用SD卡等数据存储卡。
所述第一控制模块101和第二控制模块102均可采用DSP、ARM等微处理器来实现，优选地，均可采用MSP430F149芯片。
本实施例中通过车载端装置的第一无线传输模块和可视多媒体控制装置的第二无线传输模块、触摸屏等，能够将平衡车的运行状态通过触摸屏等进行显示和控制，实现了平衡车的可视多媒体控制，并且可实现电动平衡车的远程密码启动控制，为电动平衡车提供了密码保护，从而提高了电动平衡车的安全性。通过设置左轮毂电机驱动模块和右轮毂电机驱动模块实现了对轮毂电机式电动平衡车的控制，能够提高电动平衡车的驱动、控制性能，改善了电动平衡车的驾驶性能。通过触摸屏、音频解码模块等实现了电动平衡车运行状态信息显示、歌曲播放以及前照明灯启停等功能，提高了平衡车的安全性和娱乐性。
优选地，所述第一无线传输模块102和所述第二无线传输模块202均能采用WIFI无线传输模块、GSM无线传输模块、CDMA无线传输模块、红外无线传输模块或Zigbee无线传输模块来实现。通过无线传输模块能够实现车载端装置与可视多媒体控制装置之间的通信，实现电动平衡车的远程启动等控制。
图3示出了是实施例中的右/左轮毂电机驱动模块的一种具体实现电路的示意图，如图3所示，右轮毂电机驱动模块103和左轮毂电机驱动模块104均包括轮毂电机驱动电路31、霍尔转子位置检测电路32和反电动势转子位置检测电路33。
所述轮毂电机驱动电路31包括U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；所述U相驱动电路包括第一光电耦合器301、第一MOS管驱动芯片302、第一MOS管M1和第二MOS管M2；第一光电耦合器301的输出端与第一MOS管驱动芯片302的输入端连接，第一MOS管驱动芯片302的输出端分别与第一MOS管M1和第二MOS管M2的栅极连接，第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的U相连接，第一MOS管M1的漏极与电源端连接，第二MOS管M2的源极接地；
所述V相驱动电路包括第二光电耦合器303、第二MOS管驱动芯片304、第三MOS管M3和第四MOS管M4；第二光电耦合器303的输出端与第二MOS管驱动芯片304的输入端连接，第二MOS管驱动芯片304的输出端分别与第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极连接，第三MOS管M3的源极与第四MOS管M4的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的V相连接，第三MOS管M3的漏极与电源端连接，第四MOS管M4的源极接地；
所述W相驱动电路包括第三光电耦合器305、第三MOS管驱动芯片306、第五MOS管M5和第六MOS管M6；第三光电耦合器305的输出端与第三MOS管驱动芯片306的输入端连接，第三MOS管驱动芯片306的输出端分别与第五MOS管M5和第六MOS管M6的栅极连接，第五MOS管M5的源极与第六MOS管M6的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的W相连接，第五MOS管M5的漏极与电源端连接，第六MOS管M6的源极接地；所述第一光电耦合器301、第二光电耦合器303和第三光电耦合器305的输入端分别与第一控制模块101的输出端连接；
所述霍尔转子位置检测电路32包括霍尔位置传感器307，霍尔位置传感器307与第一控制模块101连接；
所述反电动势转子位置检测电路33包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；第一电阻R1的一端与第一控制模块101连接，另一端与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与轮毂电机定子绕组的U相连接；第三电阻R3和第一电容C1并联后跨接在第二电阻R2的一端与电源端之间；第四电阻R4的一端与第一控制模块101连接，另一端与第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与轮毂电机定子绕组的V相连接；第六电阻R6和第二电容C2并联后跨接在第五电阻R5的一端与电源端之间；第七电阻R7的一端与第一控制模块101连接，另一端与第八电阻R8的一端连接；第八电阻R8的另一端与轮毂电机定子绕组的W相连接；第九电阻R9和第三电容C3并联后跨接在第八电阻R8的一端与电源端之间。
优选地，所述第一、第二、第三光电耦合器均可采用HCPL2630芯片。所述第一、第二、第三MOS管驱动芯片均可采用IR2110S芯片。本具体实现电路中通过6个MOS管(M1-M6)控制施加在轮毂电机定子绕组5上的电压。以左轮毂电机定子绕组5的U相为例，MSP430F149芯片(第一控制模块101)的第40、44端口分别输出PWM波，经过HCPL2630芯片(第一光电耦合器301)分别输入IR2110S芯片(第一MOS管驱动芯片302)的HIN和LIN端口，MOS管M1的基极与IR2110S芯片的HO端连接，MOS管M2的基极与IR2110S芯片的LO端连接，从而分别驱动上桥臂的MOS管M1和下桥臂的MOS管M2，进而实现对定子绕组5的U相电压控制。定子绕组5的V相电压和W相电压控制与U相电压控制原理相同。轮毂电机转子位置检测电路32主要是通过MSP430F149芯片(第一控制模块101)的第20、21和22端口，采集来自霍尔传感器的霍尔位置信号，从而实现PWM波信号的输出控制。本领域的技术人员应当理解，上述右轮毂电机驱动模块和左轮毂电机驱动模块不限于采用光电耦合器、MOS管驱动芯片和MOS管的上述电路来实现，也可以由其他电路来实现轮毂电机的驱动功能。
优选地，所述霍尔位置传感器307的输出信号通过接线端子与MSP430F149芯片(第一控制模块101)的20、21和22端口连接。所述第一电阻R1的一端、第四电阻R4的一端和第七电阻R7的一端分别与MSP430F149芯片(第一控制模块101)的第17、18、19端口相连。由于电动平衡车对电机工作性能有较高要求，任何情况下，电机工作失误都会威胁驾驶安全。而霍尔位置传感器作为独立的信号传感元件，长时间工作或恶劣条件下都存在失效的可能，这将会导致转子位置判断失效。因此本实施例中通过霍尔转子位置检测电路和反电动势转子位置检测电路，构成了一种复合式的轮毂电机位置检测电路，分别对霍尔位置信号和反电动势信号进行检测，第一控制模块101能够采集霍尔位置信号，并对霍尔真值进行判断，当霍尔真值为0时，即判断霍尔位置传感器失效，再通过采集反电动势信号，将反电动势信号作为轮毂电机位置的判断依据，可有效避免轮毂电机正常运行下因霍尔位置传感器失效而导致的电机停转问题，从而提升轮毂电机运转可靠性及稳定性。
本具体实现电路中通过设置U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路的能够实现对轮毂电机的驱动控制，改善了电动平衡车的驱动控制性能。
作为一种优选实施方式，所述姿态检测模块105包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计和陀螺仪分别与第一控制模块101连接。优选地，加速度计采用三轴加速度计，陀螺仪采用二轴陀螺仪。三轴加速度计提供X轴、Y轴和Z轴方向上加速度对应的电压信号。二轴陀螺仪主要用来检测电动平衡车瞬时的动态角度变化，即角速度，输出与角速度对应的电压信号。三轴加速度计可采用ADXL335芯片，二轴陀螺仪可采用IDG655芯片。本领域的技术人员应当理解，上述姿态检测模块并不限于采用加速度计和陀螺仪来实现，也可以采用其他传感器来实现电动平衡车姿态检测的功能。
本实施例中通过加速度计和陀螺仪对电动平衡车的倾角进行检测，提高了检测精度，能够实现对电动平衡车倾角直行的高精度控制。
作为一种优选实施方式，所述转向检测模块107包括转向电位器，所述转向电位器与第一控制模块101连接。
本实施例中通过采用转向电位器实现了对轮毂电机式电动平衡车的转向控制，其结构简单、输出信号大、使用方便、价格低廉，可节约控制系统的成本。
如图4所示，基于本实施例的用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统的电动平衡车控制方法具体包括以下步骤：
S1：电动平衡车远程启动控制步骤。该远程启动控制可以是密码启动控制，具体包括以下步骤：
S11：第二控制模块201获取来自触摸屏203上输入的启动密码信息。
S12：第二控制模块201获取第一数据存储模块204中存储的预设密码信息。
S13：第二控制模块201将所述启动密码信息与所述预设密码信息进行比较；当所述启动密码信息与所述预设密码信息相同时，进入步骤S14；当所述启动密码信息与所述预设密码信息不相同时，执行步骤S16的第二控制模块201产生需重新获取所述启动密码信息的第二信息，并将其输出给触摸屏203进行显示。
S14：第二控制模块201产生包含控制电动平衡车启动信息的第一信息，并控制第二无线传输模块202将所述第一信息发送出去。
S15：第一控制模块101控制第一无线传输模块102接收所述第一信息并根据所述第一信息产生控制电动平衡车启动的信号。
S2：第一控制模块101判断是否检测到脚踏检测模块106输出的脚踏信号，若检测到，则转步骤S3；若没有检测到，则执行步骤S5的第一控制模块101控制电动平衡车的左轮毂电机和右轮毂电机停转。
S3：电动平衡车倾角直行控制步骤。该倾角直行控制步骤具体包括以下步骤：
S31：第一控制模块101获取姿态检测模块105输出的当前时刻的电动平衡车倾角α1。
S32：第一控制模块101计算倾角差α＝α1-α0，其中α0为电动平衡车的平衡位置倾角。
S33：第一控制模块101将倾角差α作为控制变量进行PD控制运算，获得轮毂电机驱动的PWM控制量。
S34：第一控制模块101判断倾角差α是否大于0；若是，则进入步骤S35；若不是，则进入步骤S36。
S35：根据所述PWM控制量驱动电动平衡车前进。
S36：根据所述PWM控制量驱动电动平衡车后退。
S4：第一控制模块101获取电动平衡车的运行状态信息，控制第一无线传输模块102将该运行状态信息发送出去；第二控制模块201控制第二无线传输模块202接收该运行状态信息，并控制触摸屏对该运行状态信息进行显示。该运行状态信息可以是电池电量、速度等信息。
本实施例中通过车载端装置的第一无线传输模块和可视多媒体控制装置的第二无线传输模块、触摸屏等，能够将平衡车的运行状态通过触摸屏等进行显示和控制，实现了平衡车的可视多媒体控制，并且可实现电动平衡车的远程密码启动控制，为电动平衡车提供了密码保护，从而提高了电动平衡车的安全性。通过设置左轮毂电机驱动模块和右轮毂电机驱动模块实现了对轮毂电机式电动平衡车的控制，能够提高电动平衡车的驱动、控制性能，改善了电动平衡车的驾驶性能。
优选地，本实施例中还可以包括以下步骤：
S37：第一控制模块101获取轮毂电机的转速值。
S38：第一控制模块101判断所述转速值是否超过预设转速上限值，即判断轮毂电机是否超速；若是，则进入步骤S39；若不是，则不执行任何操作。
S39：电动平衡车超速抬头控制。
本领域的技术人员应当理解，上述步骤S37-39可以在步骤S31-36中任一位置执行。
优选地，利用三轴加速度计和二轴陀螺仪获取电动平衡车倾角，即上述步骤S31中姿态检测模块105输出的当前时刻的电动平衡车倾角α1的具体方法包括以下步骤：
S311：第一控制模块101获取二轴陀螺仪输出的角速度信号。
S312：第一控制模块101对所述角速度信号进行积分运算，获得倾角αp。积分运算的计算公式为式中，ωp为二轴陀螺仪输出的角速度信号，且Δvp为二轴陀螺仪当前输出电压相对零变化率电压的差值(mv)，sp为二轴陀螺仪的灵敏度(mv/(deg/s))。
S313：第一控制模块101获取三轴加速度计输出的加速度信号。
S314：第一控制模块101对所述加速度信号进行反余弦运算，获得倾角αa。所述反余弦运算的计算公式为式中：Δv为三轴加速度计当前输出电压相对零变化率电压的偏移量(mv)，sg为三轴加速度计的灵敏度(mv/g)。
S315：第一控制模块101对倾角αp和αa进行卡尔曼滤波，将倾角αp作为预测量，αa作为观测量，基于卡尔曼滤波算法的迭代得到电动平衡车最终倾角α1。
本实施例中通过加速度计和陀螺仪对电动平衡车的倾角进行检测，提高了检测精度，能够实现对电动平衡车倾角直行的高精度控制。
优选地，本实施例中还可以包括电动平衡车转向控制步骤S6，第一控制模块101上装载有利用转向电位器对电动平衡车进行转向控制的具体方法，具体包括以下步骤：
S61：第一控制模块101获取转向电位器位于中间位置时的输出电压值V0，作为初始电压。
S62：第一控制模块101获取当前时刻的转向电位器的输出电压值V1。
S63：第一控制模块101计算电压差值V＝V1-V0。
S64：第一控制模块101判断所述电压差值V是否大于0；若是，则进入步骤S65；若不是，则进入步骤S66。
S65：第一控制模块101控制进行电动平衡车左转的轮毂电机驱动。
S66：第一控制模块101控制进行电动平衡车右转的轮毂电机驱动。
本领域的技术人员应当理解，上述电动平衡车转向控制步骤S6可以在步骤S15之后的任一位置执行。
本实施例中通过采用转向电位器实现了对轮毂电机式电动平衡车的转向控制，其结构简单、输出信号大、使用方便、价格低廉，可节约控制系统的成本。
优选地，本实施例中还可以包括多媒体播放控制步骤S7，具体包括以下步骤：
S71：触摸屏203获取输入的歌曲播放指令，并将该歌曲播放指令输出给第二控制模块201。
S72：第二控制模块201接收该歌曲播放指令后控制第二无线传输模块202将其发送出去。
S73：第一控制模块101控制第一无线传输模块102接收该歌曲播放指令，之后控制音频解码模块110从第二数据存储模块111中读取数字音频数据并进行解析，转换成模拟电压信号输出给扬声器112。
本领域的技术人员应当理解，上述多媒体播放控制步骤S7可以在步骤S15之后的任一位置执行。
本实施例中通过多媒体播放控制，提高了电动平衡车的娱乐性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于轮毂电机式电动平衡车的控制系统，其特征在于，包括车载端装置(10)和可视多媒体控制装置(20)；所述车载端装置(10)包括第一控制模块(101)、第一无线传输模块(102)、右轮毂电机驱动模块(103)、左轮毂电机驱动模块(104)、姿态检测模块(105)、脚踏检测模块(106)和转向检测模块(107)；所述第一控制模块(101)分别与第一无线传输模块(102)、右轮毂电机驱动模块(103)、左轮毂电机驱动模块(104)、姿态检测模块(105)、脚踏检测模块(106)和转向检测模块(107)连接；
所述可视多媒体控制装置(20)包括第二控制模块(201)、第二无线传输模块(202)、触摸屏(203)和第一数据存储模块(204)；所述第二控制模块(201)分别与第二无线传输模块(202)、触摸屏(203)和第一数据存储模块(204)连接；所述触摸屏(203)用于接收电动平衡车启动密码、多媒体播放控制信号以及显示电动平衡车运行状态信息；
所述车载端装置(10)和可视多媒体控制装置(20)之间通过所述第一无线传输模块(102)和所述第二无线传输模块(202)进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一无线传输模块(102)和所述第二无线传输模块(202)均能采用WIFI无线传输模块、GSM无线传输模块、CDMA无线传输模块、红外无线传输模块或Zigbee无线传输模块来实现。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述右轮毂电机驱动模块(103)和左轮毂电机驱动模块(104)均包括轮毂电机驱动电路(31)、霍尔转子位置检测电路(32)和反电动势转子位置检测电路(33)。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述轮毂电机驱动电路(31)包括U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；所述U相驱动电路包括第一光电耦合器(301)、第一MOS管驱动芯片(302)、第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)；第一光电耦合器(301)的输出端与第一MOS管驱动芯片(302)的输入端连接，第一MOS管驱动芯片(302)的输出端分别与第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)的栅极连接，第一MOS管(M1)的源极与第二MOS管(M2)的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的U相连接，第一MOS管(M1)的漏极与电源端连接，第二MOS管(M2)的源极接地；
所述V相驱动电路包括第二光电耦合器(303)、第二MOS管驱动芯片(304)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)；第二光电耦合器(303)的输出端与第二MOS管驱动芯片(304)的输入端连接，第二MOS管驱动芯片(304)的输出端分别与第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)的栅极连接，第三MOS管(M3)的源极与第四MOS管(M4)的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的V相连接，第三MOS管(M3)的漏极与电源端连接，第四MOS管(M4)的源极接地；
所述W相驱动电路包括第三光电耦合器(305)、第三MOS管驱动芯片(306)、第五MOS管(M5)和第六MOS管(M6)；第三光电耦合器(305)的输出端与第三MOS管驱动芯片(306)的输入端连接，第三MOS管驱动芯片(306)的输出端分别与第五MOS管(M5)和第六MOS管(M6)的栅极连接，第五MOS管(M5)的源极与第六MOS管(M6)的漏极连接后与轮毂电机定子绕组的W相连接，第五MOS管(M5)的漏极与电源端连接，第六MOS管(M6)的源极接地；所述第一光电耦合器(301)、第二光电耦合器(303)和第三光电耦合器(305)的输入端分别与第一控制模块(101)的输出端连接；
所述霍尔转子位置检测电路(32)包括霍尔位置传感器(307)，霍尔位置传感器(307)与第一控制模块(101)连接；
所述反电动势转子位置检测电路(33)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)；第一电阻(R1)的一端与第一控制模块(101)连接，另一端与第二电阻(R2)的一端连接；第二电阻(R2)的另一端与轮毂电机定子绕组的U相连接；第三电阻(R3)和第一电容(C1)并联后跨接在第二电阻(R2)的一端与电源端之间；第四电阻(R4)的一端与第一控制模块(101)连接，另一端与第五电阻(R5)的一端连接；第五电阻(R5)的另一端与轮毂电机定子绕组的V相连接；第六电阻(R6)和第二电容(C2)并联后跨接在第五电阻(R5)的一端与电源端之间；第七电阻(R7)的一端与第一控制模块(101)连接，另一端与第八电阻(R8)的一端连接；第八电阻(R8)的另一端与轮毂电机定子绕组的W相连接；第九电阻(R9)和第三电容(C3)并联后跨接在第八电阻(R8)的一端与电源端之间。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述姿态检测模块(105)包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计和陀螺仪分别与第一控制模块(101)连接。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述脚踏检测模块(106)包括压力传感器，所述压力传感器与第一控制模块(101)连接。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述转向检测模块(107)包括转向电位器，所述转向电位器与第一控制模块(101)连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的控制系统，其特征在于，所述车载端装置(10)还包括音频解码模块(110)、第二数据存储模块(111)和扬声器(112)；所述音频解码模块(110)与第一无线传输模块(102)连接，所述第二数据存储模块(111)和扬声器(112)分别与音频解码模块(110)连接。
9.根据权利要求1-7任一所述的控制系统，其特征在于，所述车载端装置(10)还包括前照明灯模块(108)和后指示灯模块(109)，所述前照明灯模块(108)和后指示灯模块(109)分别与第一控制模块(101)连接。
10.一种对权利要求1所述的系统进行控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
电动平衡车远程启动控制步骤；
第一控制模块(101)判断是否检测到脚踏检测模块(106)输出的脚踏信号；
若检测到，则进行电动平衡车倾角直行控制步骤；
第一控制模块(101)获取电动平衡车的运行状态信息，控制第一无线传输模块(102)将该运行状态信息发送出去；
第二控制模块(201)控制第二无线传输模块(202)接收该运行状态信息，并控制触摸屏(203)对该运行状态信息进行显示；
若没有检测到，则第一控制模块(101)控制电动平衡车的左轮毂电机和右轮毂电机停转。
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