CN105966509A - 一种无光电开关的两轮平衡电动扭扭车的启停方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种自平衡电动扭扭车的启动停止方法，包括以下步骤：1上电后，控制板上姿态传感器检测踏板角度值返回给相应踏板的控制器；2任一控制器检测到所传递的角度值发生正负交替次数超过N次时，则相应的控制器启动平衡程序；3、控制器控制自平衡电动扭扭车前进和后退；步骤4、当所采集的角度变化值和负载电流分别在时间T内均小于所设定的阈值时，自平衡电动扭扭车正常关闭。本发明能使用软件的方法对骑行者进行上车下车的判断，从而控制平衡程序的启闭，进而避免危险情况的发生，保证行驶安全。

Description

一种无光电开关的两轮平衡电动扭扭车的启停方法

技术领域

本发明涉及一种两轮平衡代步车，具体的说是一种无光电开关的两轮自平衡电动扭扭车的启动与停止方式。

技术背景

两轮电动平衡车现在市面上十分流行，但是市场上大部分两轮平衡车(扭扭车)是通过踏板上的橡胶垫连接光电开关来做平衡的启动与停止的处理，当踏板的橡胶垫被踩下时，光电开关触头被按下，启动平衡程序；同样的，下车时脚离开踏板，橡胶垫带着光电开关的触头抬起，平衡程序停止。但是这种开关存在橡胶老化等问题，容易在骑行过程中发生光电开关触头抬起从而意外关闭平衡的危险，同时两个踏板均要安装橡胶垫和光电开关，增加了模具的复杂程度，同时这些部件也增加了制造成本。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足之处，本发明提出一种无光电开关的启两轮平衡电动扭扭车的停方式，以期能使用软件的方法对骑行者进行上车下车的判断，从而控制平衡程序的启闭，进而避免危险情况的发生，保证行驶安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种无光电开关的自平衡电动扭扭车的启动停止方法，所述自平衡电动扭扭车是由连接轴联接左右两个带有轮毂电机的踏板组成，左右两个踏板之间的转动角度通过所述连接轴进行限位；所述左右两个踏板的内腔中分别设置有控制板；在左右两个控制板上均设置有姿态传感器、电流传感器和控制器；其特点是所述启动停止方法是按如下步骤进行：

步骤1、上电后，所述姿态传感器实时检测左右两个踏板的角度值并分别传递给相应的控制器；

步骤2、任一控制器检测到所传递的角度值发生正负交替次数超过N次时，则相应的控制器启动平衡程序，另一个控制器也触发启动平衡程序，用于保持车身平衡，从而使得所述自平衡电动扭扭车正常启动；

步骤3、所述姿态传感器实时检测左右两个踏板的角度变化值、所述电流传感器实时检测负载电流并分别传递给相应的控制器，用于控制所述自平衡电动扭扭车前进和后退；

步骤4、当所采集的角度变化值和负载电流分别在时间T内均小于所设定的阈值时，左右两个控制板分别关闭平衡程序，从而使得所述自平衡电动扭扭车正常关闭。

本发明所述启动停止方法的特点也在于，所述平衡程序的过程为：

步骤1、所述任一控制器根据相应的姿态传感器实时所检测到的踏板的角度值，并结合 所述电流传感器所采集的负载电流进行计算，获得相应轮毂电机的控制电压并传递给所述控制器上的PWM发生器；从而获得PWM控制信号；

步骤2、所述PWM控制信号经过所述控制板上驱动电路的逆变器产生三相电压，从而控制所述轮毂电机输出转矩，以保持所述自平衡电动扭扭车的平衡状态。

设置PWM控制信号的调节系数为K；

当K＝0时，所述获得的PWM控制信号为“0”，表示关闭平衡程序；

当K＝a时，所述获得的PWM控制信号为a×PWM发生器的输出值；表示启动平衡程序；

a∈[0.5，1]。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明根据姿态传感器(可以是陀螺仪加速度计)检测踏板角度变化，记录变化次数的方式作为自平衡电动扭扭车的启动信号，克服了传统平衡车通过脚踏的压力触发光电开关作为启动信号的方式，省去了光电开关和相应的踏板机械结构，减轻了整车重量，降低了制造成本。

2、本发明通过检测负载电路电流和角度变化幅度值两个参数在时间T内同时小于所设定阈值作为判断能否关闭平衡程序的条件，阈值经过大量实验确定，能更加准确的判断骑行者的下车与否，同时避免了传统光电开关结构中橡胶踏板触头因为老化或机械结构变形等其他原因而误触发停车的危险，大大提高了驾驶的安全性。

3、本发明通过给定PWM控制信号调节系数的方式有效的控制输出量，使用给系数赋值或者归零的方法来实现平衡程序的运行与中止；在驱动电机的最后一环进行操作，使控制能更加准确无误，提高了小车运行的稳定性和可靠性。

4、本发明使用软件方法作为自平衡电动扭扭车的启动停止方法，对扭扭车生产模具的设计要求更加简单，降低了踏板的结构复杂程度，也使得控制程序和控制板的可移植性更强。

附图说明

图1为本发明整体流程图；

图2为本发明启动过程示意图；

图3为本发明停车过程示意图；

图4为本发明应用的一个实例模型；

图5为本发明平衡程序流程图。

具体实施方式

本实施例中，如图4所示，自平衡电动扭扭车是由连接轴联接左右两个带有轮毂电机的踏板组成，轮毂电机通过法兰固定在踏板上，左右两个踏板之间的转动角度通过所述连接轴 进行限位；限位通过两踏板轴套上的弧形槽实现，两踏板与中心轴通过卡环连接，是同类车型常用的结构；左右两个踏板的内腔中分别设置有控制板；作为优选控制板固定安装在内腔上壁确保精准地检测角度；在左右两个控制板上均设置有姿态传感器、电流传感器和控制器；姿态传感器用于测量踏板俯仰角，作为优选使用MPU6050六轴运动处理传感器，采用贴片焊接的方式水平安装在控制板上，实例中控制器采用的是STM32F103系列处理器；如图1所示，一种无光电开关的自平衡电动扭扭车的启动停止方法区别于传统的易损耗失效的光电开关控制启停的方式，而且主要用在双控制板的自平衡电动扭扭车上，具体的说是按如下步骤进行：

步骤1、上电后，初始PWM控制信号的调节系数为零，小车未启动平衡程序，位于左右两踏板内部的控制板上的姿态传感器实时检测两个踏板的角度值并分别传递给相应的控制器，检测周期为程序主中断周期，1毫秒检测一次；

步骤2、如图2所示，任一控制器检测到所传递的角度值发生正负交替次数超过N次时，具体实施中选取N＝3,作为优选，每次摆动踏板应该经过水平位置且超过15°，这样算是完成一次有效摆动，程序中设定一个角度变量A0用于记录每一次有效摆动后的角度值，计数值N用于记录有效摆动次数；下一次实时角度值A1如果与上一次记录的A0相反,则记为一次有效摆动，计数值N加一，并将当前的A1赋值给A0；当A累计到3时，给控制PWM输出信号的调节系数K赋值为a，所获得的PWM控制信号为k×PWM，则相应的控制器启动平衡程序，即由于两踏板转动角度通过连接轴限位，另一个踏板的角度也随之发生正负交替，相应控制器也触发启动平衡程序，用于保持车身平衡，从而使得自平衡电动扭扭车正常启动；

步骤3、如图5所示，平衡程序正常运行的过程为：

步骤3.1、任一控制器根据相应的姿态传感器实时所检测到的踏板的角度值，并结合电流传感器所采集的负载电流进行计算，获得相应轮毂电机的控制电压并传递给控制器上的PWM发生器；从而获得PWM控制信号；

步骤3.2、PWM控制信号经过控制板上驱动电路的逆变器产生三相电压，从而控制轮毂电机输出转矩，以保持车身平衡状态。

步骤4、此时，姿态传感器实时检测左右两个踏板的角度变化值、电流传感器实时检测负载电流并分别传递给相应的控制器，用于控制自平衡电动扭扭车前进和后退；

步骤5、控制停止过程如图3所示，由于骑行者站在车上和平衡车空载时候的负载电流有很大差别，同时空载时平衡车踏板能保持在一定的水平角度范围内，通过多次实验空载状况下负载电流和角度变化值两个变量制定了相应的阈值，故当所采集的角度变化值和负载电流分别在时间T内均小于所设定的阈值时，左右两个控制板分别关闭平衡程序，实例中检测两个变量均满足条件时停车计数器c累加，同时已知系统的时钟周期为1毫秒，故当计数器累 计达到2000时即经过了两秒，每次满足条件才能继续累加，一旦电流或者角度超过了阈值则计数器c清零，以此来防止外界的干扰误触发停车，保障骑行者的安全。当计数器c达到2000时，控制PWM输出系数K清零，关闭了PWM发生器的输出，从而使得自平衡电动扭扭车正常关闭。

本实施例中，启动停止方法是设置PWM控制信号的调节系数为K；

PWM发生器是控制电机的最后一环，所以这里PWM控制信号实际影响到最后PWM输出的占空比。给这个控制变量附加调节系数能有效控制电机的转动与停止。

当K＝0时，获得的PWM控制信号为“0”，表示关闭平衡程序；

当K＝a时，获得的PWM控制信号为a×PWM发生器的输出值；表示启动平衡程序；

a∈[0.5，1]。根据不同车况，选择不同的系数以保证稳定运行。

综上所述，本方案根据姿态传感器检测角度变化来启动平衡，通过检测负载电流的大小和角度变化的幅度来判断人是否下车，避免了传统的脚踏式光电开关橡胶触头老化失效所带来的不稳定因素，有利于提高驾驶的安全性可靠性，简化车体结构，节约加工成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方案，但本申请并不局限于此，单控制板或者双控制板的电动平衡扭扭车均适用于本发明所述的启动方法，均应当受到保护。且任何本领域技术人员在不脱离此发明基本原理情况下而做出的改进，也都应该纳入本方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种无光电开关的自平衡电动扭扭车的启动停止方法，所述自平衡电动扭扭车是由连接轴联接左右两个带有轮毂电机的踏板组成，左右两个踏板之间的转动角度通过所述连接轴进行限位；所述左右两个踏板的内腔中分别设置有控制板；在左右两个控制板上均设置有姿态传感器、电流传感器和控制器；其特征，所述启动停止方法是按如下步骤进行：

步骤1、上电后，所述姿态传感器实时检测左右两个踏板的角度值并分别传递给相应的控制器；

步骤2、任一控制器检测到所传递的角度值发生正负交替次数超过N次时，则相应的控制器启动平衡程序，另一个控制器也触发启动平衡程序，用于保持车身平衡，从而使得所述自平衡电动扭扭车正常启动；

步骤3、所述姿态传感器实时检测左右两个踏板的角度变化值、所述电流传感器实时检测负载电流并分别传递给相应的控制器，用于控制所述自平衡电动扭扭车前进和后退；

步骤4、当所采集的角度变化值和负载电流分别在时间T内均小于所设定的阈值时，左右两个控制板分别关闭平衡程序，从而使得所述自平衡电动扭扭车正常关闭。

2.根据权利要求1所述启动停止方法，其特征是，所述平衡程序的过程为：

步骤1、所述任一控制器根据相应的姿态传感器实时所检测到的踏板的角度值，并结合所述电流传感器所采集的负载电流进行计算，获得相应轮毂电机的控制电压并传递给所述控制器上的PWM发生器；从而获得PWM控制信号；

步骤2、所述PWM控制信号经过所述控制板上驱动电路的逆变器产生三相电压，从而控制所述轮毂电机输出转矩，以保持所述自平衡电动扭扭车的平衡状态。

3.根据权利要求2，所述启动停止方法，其特征是，设置PWM控制信号的调节系数为K；

当K＝0时，所述获得的PWM控制信号为“0”，表示关闭平衡程序；

当K＝a时，所述获得的PWM控制信号为a×PWM发生器的输出值；表示启动平衡程序；

a∈[0.5，1]。