CN106080879A - 滑板车及滑板车的运动控制方法和系统 - Google Patents

滑板车及滑板车的运动控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了滑板车及滑板车的运动控制方法和系统，包括：读取轻滑行摩擦系数μ；监测滑板车的所述驱动轮的加速度突变值，当监测到滑板车做加速运动时，获取滑板车的瞬时最大速度VSmax，启动电机助力滑行模式，驱动轮毂电机使滑板车以初始速度VSmax，加速度为g*μ做匀减速运动；当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出电机助力滑行模式，所述滑板车的所述驱动轮的加速度突变值通过霍尔传感器监测获得。本发明方法使用轮毂电机本来就装有霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，降低了滑板车的生产成本。

Description

滑板车及滑板车的运动控制方法和系统
技术领域
本发明涉及路上无轨车辆，特别是涉及运动器械领域的滑板车及其运动控制方法和运动控制系统。
背景技术
现有的滑板车为了监测滑板车的运动情况，在滑板车中设置了加速度传感器。在滑板车中增加加速度传感器不仅增加了滑板车整体的成本，还增加了滑板车的质量，因此如何不使用加速度传感器也能实现对滑板车运动状况的监测成为本领域需要解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明的一个目的在于提出一种不使用加速度传感器也能实现对滑板车运动状况监测的滑板车及滑板车的控制方法和系统。
第一方面，本发明提供了一种滑板车的运动控制方法，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，包括：读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n；通过所述多个霍尔传感器侦测所述轮毂电机的转子转速；通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度；监测所述转子加速度的加速度突变值；当监测到大于程序设定的阈值的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax；驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。本发明方法使用轮毂电机本来就装有的霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
进一步地，所述的滑板车的运动控制方法还包括：当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。
进一步地，当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，启动电机制动模式，获取所述转子的、瞬时的最大制动转速VBmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。
进一步地，所述制动系数a大于所述惯性摩擦系数n。
进一步地，所述霍尔传感器的数量至少为3个，设置在所述滑板车的所述轮毂电机的所述转子的外周。
第二方面，本发明提供了一种滑板车的运动控制系统，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，用以侦测所述轮毂电机的转子转速，包括：一个控制参数读取模块，用于读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n；一个演算与控制模块，通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度，并监测所述转子加速度的变化以生成加速度突变值，当监测到大于程序设定的阈值的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。本发明系统使用轮毂电机本来就装有的霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
进一步地，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。
进一步地，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大更小于预设阈值时，启动电机制动模式，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。
进一步地，所述霍尔传感器的数量至少为3个，设置在所述滑板车的所述轮毂电机的所述转子的外周，所述的滑板车的运动控制系统还包括：一个控制参数输入模块，用于输入所述轻滑行摩擦系数μ；一个存储模块，用于存储所述轻滑行摩擦系数μ、所述惯性摩擦系数n、所述制动系数a、所述最大滑行转速VSmax、所述最大制动转速VBmax、所述助力滑行时间Ts、所述制动时间Tb。
第三方面，本发明提供了一种滑板车，包括一个驱动轮、一个电能装置及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，所述电能装置供应所述轮毂电机的运转电力，所述滑板车更包括上述第二方面中所述的滑板车的运动控制系统。本发明滑板车使用轮毂电机本来就装有的霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种滑板车的运动控制方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种滑板车的运动控制系统的方框图；
图3为本发明实施例的一种滑板车；
图4为本发明实施例的一种滑板车的霍尔传感器的位置示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本发明实施例提供了一种滑板车的运动控制方法，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，如图1所示，所述滑板车的运动控制方法包括：
步骤S1，读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n。所述轻滑行摩擦系数μ可以为系统预设并存储的数值，可以模仿任意摩擦系数的平面，例如所述预先存储的轻滑行摩擦系数μ可以预先存储在flash芯片内，数值可以为冰面上、玻璃面上、水泥路面上等的摩擦系数的值，从而可以模拟在冰面上、玻璃面上、水泥路面上等的运动状态；所述轻滑行摩擦系数μ也可以为用户输入的数值，例如，当用户输入的数值为0时，即可实现匀速滑行。
步骤S2，通过所述多个霍尔传感器侦测所述轮毂电机的转子转速。其中，所述转子为磁性材料，在转动时会引起其周围磁场的改变，当把霍尔传感器置于磁场中，并通以电流，就会产生霍尔电势差V，所述霍尔电势差V的大小根据磁场的改变而有规律得变化，从而通过监测霍尔电势差V的变化即可获得述轮毂电机的位置信息，通过对位置信息做微分运算，并经过相应的滤波得到转子的转速。
步骤S3，通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度。
步骤S4，监测所述转子加速度的加速度突变值。
步骤S5，当监测到大于程序设定的阈值的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax。所述程序设定的阈值为程序根据之前滑板车加速运动时的状态分析获得的一个大于零的常数，或者为用于预先在程序中设定的常数。
步骤S6，驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。
步骤S7，当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。
所述霍尔传感器均匀地设置在滑板车的轮毂电机的转子的外周,数量为三个或三个以上，由于轮毂电机为三相电机，所以至少有三个所诉霍尔传感器才能准确地测定所述转子的转速，当所述霍尔传感器的数量大于三个时，可以使监测的结果精度更高。例如图4所示,所述滑板车具有第一霍尔传感器31，第二霍尔传感器32，第三霍尔传感器33，相互之间与转子连线的夹角均为120°，通过霍尔传感器对转子的速度进行监测，得到速度V和时间t之间的速度函数V＝f(t),通过对速度函数求导演算可得到转子的加速度函数A＝f′(t),进而通过对加速度函数的分析，即可监测到滑板车的所述驱动轮的加速度突变值。本发明方法使用轮毂电机本来就装有霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
在本发明实施例的一个方面，所述滑板车的运动控制方法还包括：当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，启动电机制动模式，获取所述转子的、瞬时的最大制动转速VBmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。更进一步地，所述制动系数a大于所述惯性摩擦系数n。所述预设的阈值为系统预先设定的数值，所述加速度突变值小于该阈值可推测用户采取了制动措施，在退出电机助力滑行模式的同时进入电机制动模式，能够使滑板车以更快的速度停下来。所述电机制动模式可以通过电机辅助拉紧刹车片以阻止车轮继续旋转来实现。
实施例二
本发明提供了一种滑板车的运动控制系统，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，用以侦测所述轮毂电机的转子转速，如图2所示，所述滑板车的运动控制系统包括：
一个控制参数读取模块10，用于读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n。所述轻滑行摩擦系数μ可以为系统预设并存储的数值，可以模仿任意摩擦系数的平面，例如所述预先存储的轻滑行摩擦系数μ可以预先存储在flash芯片内，数数值可以为冰面上、玻璃面上、水泥路面上等的摩擦系数的值，从而可以模拟在冰面上、玻璃面上、水泥路面上等的运动状态；所述轻滑行摩擦系数μ也可以为用户输入的数值，例如，当用户输入的数值为0时，即可实现匀速滑行。
一个演算与控制模块20，通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度，并监测所述转子加速度的变化以生成加速度突变值，当监测到大于0的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。其中，所述转子为磁性材料，在转动时会引起其周围磁场的改变，当把霍尔传感器置于磁场中，并通以电流，就会产生霍尔电势差V，所述霍尔电势差V的大小根据磁场的改变而有规律得变化，从而通过监测霍尔电势差V的变化即可获得述轮毂电机的转子转速。更进一步地，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。本发明方法使用轮毂电机本来就装有霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
在本发明实施例的一个方面，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大更小于预设阈值时，启动电机制动模式，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。更进一步地，所述制动系数a大于所述惯性摩擦系数n。所述预设的阈值为系统预先设定的数值，所述加速度突变值小于该阈值可推测用户采取了制动措施，在退出电机助力滑行模式的同时进入电机制动模式，能够使滑板车以更快的速度停下来。所述电机制动模式可以通过电机辅助拉紧刹车片以阻止车轮继续旋转来实现。
在本发明实施例的一个方面，所述霍尔传感器均匀地设置在滑板车的轮毂电机的转子的外周,数量为三个或三个以上，由于轮毂电机为三相电机，所以至少有三个所诉霍尔传感器才能准确地测定所述转子的转速，当所述霍尔传感器的数量大于三个时，可以使监测的结果精度更高。例如图4所示,所述滑板车具有第一霍尔传感器31，第二霍尔传感器32，第三霍尔传感器33，相互之间与转子连线的夹角均为120°，通过霍尔传感器对转子的速度进行监测，得到速度V和时间t之间的速度函数V＝f(t),通过对速度函数求导演算可得到转子的加速度函数A＝f′(t),进而通过对加速度函数的分析，即可监测到滑板车的所述驱动轮的加速度突变值。所述的滑板车的运动控制系统还包括：一个控制参数输入模块30，用于输入所述轻滑行摩擦系数μ；一个存储模块40，用于存储所述轻滑行摩擦系数μ、所述惯性摩擦系数n、所述制动系数a、所述最大滑行转速VSmax、所述最大制动转速VBmax、所述助力滑行时间Ts、所述制动时间Tb。可选地，所述存储模块可以是flash芯片。
实施例三
本发明实施例提供了一种滑板车，如图3所示，包括一个驱动轮1，一个电能装置2及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机3，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，所述电能装置用于供应所述轮毂电机的运转电力。所述滑板车包含如第二实施例中所述的滑板车的运动控制系统。本发明滑板车使用轮毂电机本来就装有霍尔传感器对滑板车的所述驱动轮的加速度突变值进行监测，能达到利用加速度传感器进行运动状态监测同样的效果，而且不用额外增设加速度传感器，减轻了滑板车的重量，降低了滑板车的生产成本。
例如，用户使用本发明提供的滑板车，想体验在玻璃上滑行的感觉，即可使控制参数读取模块读取预先存储在flash芯片中的玻璃面上的摩擦系数为μ＝0.05，同时，演算与控制模块开始对滑板车加速度的变化进行监测，当用户开始用脚蹬地给滑板车加速时，就会监测到滑板车做加速度大于程序设定的阈值0的加速运动，此时获取滑板车加速后的最大速度例如VSmax＝8m/s,接着开启电机助力滑行模式，驱动轮毂电机使滑板车以初始速度为8m/s，加速度为-0.05m/s2做匀减速运动，其运动速度与时间t的关系为Vs(t)＝8-0.05t。继续进行监测，当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，可推测用户在进行减速操作，此时退出电机助力滑行模式，使滑板车停下。当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，还可以启动制动模式，此时获取所述转子的、瞬时的最大制动转速例如VBmax＝8m/s，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，设定制动系数为-16m/s2，所述制动转速Vb(t)＝8-16Tb，即通过0.5秒即可帮助滑板车快速停下来。
在本发明的一个方面，用于监测滑板车的所述驱动轮的加速度突变值的为霍尔传感器，所述霍尔传感器均匀地设置在滑板车的轮毂电机的转子的外周,数量为三个或三个以上，由于轮毂电机为三相电机，所以至少有三个所诉霍尔传感器才能准确地测定所述转子的转速，当所述霍尔传感器的数量大于三个时，可以使监测的结果精度更高。例如图4所示,所述滑板车具有第一霍尔传感器31，第二霍尔传感器32，第三霍尔传感器33，相互之间与转子连线的夹角均为120°，通过霍尔传感器对转子的速度进行监测，可以得到速度V和时间t之间的速度函数V＝f(t),通过对速度函数求导演算可得到转子的加速度函数A＝f′(t),进而通过对加速度函数的分析，即可监测到滑板车的所述驱动轮的加速度突变值。例如在上述匀减速滑行阶段可监测获得速度函数为Vs(t)＝f(t)＝8-0.05t,进而演算获得加速度函数为As(t)＝f′(t)＝-0.05,在匀速阶段的加速度突变值为0。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种滑板车的运动控制方法，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器；其特征在于，包括：
(1)读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n；
(2)通过所述霍尔传感器侦测所述轮毂电机的转子转速；
(3)通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度；
(4)监测所述转子加速度的加速度突变值；
(5)当监测到大于程序设定的阈值的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax；
(6)驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。
2.根据权利要求1所述的滑板车的运动控制方法，其特征在于，更包括：
(7)当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。
3.根据权利要求2所述的滑板车的运动控制方法，其特征在于，
当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，启动电机制动模式，获取所述转子的、瞬时的最大制动转速VBmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。
4.根据权利要求3所述的滑板车的运动控制方法，其特征在于，所述制动系数a大于所述惯性摩擦系数n。
5.根据权利要求1～4其中任一项所述的滑板车的运动控制方法，其特征在于，所述霍尔传感器的数量至少为3个，设置在所述滑板车的所述轮毂电机的所述转子的外周。
6.一种滑板车的运动控制系统，所述滑板车包括一个驱动轮及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，用以侦测所述轮毂电机的转子转速；其特征在于，包括：
一个控制参数读取模块，用于读取一个轻滑行摩擦系数μ，所述轻滑行摩擦系数μ小于所述滑板车在一般路面的惯性摩擦系数n；
一个演算与控制模块，通过所述转子转速演算生成所述轮毂电机的转子加速度，并监测所述转子加速度的变化以生成加速度突变值，当监测到大于0的所述加速度突变值时，启动电机助力滑行模式，获取所述转子的、瞬时的最大滑行转速VSmax，驱动所述轮毂电机的所述转子以轻滑行转速Vs(t)做匀减速运动，所述轻滑行转速Vs(t)＝VSmax-μ*Ts，所述Ts为所述电机助力滑行模式所进行的助力滑行时间。
7.根据权利要求6所述的滑板车的运动控制系统，其特征在于，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大时，退出所述电机助力滑行模式。
8.根据权利要求7所述的滑板车的运动控制系统，其特征在于，所述演算与控制模块当监测到滑板车的刹车触发开关被触发或者监测到滑板车的减速运动的加速度值突然变大更小于预设阈值时，启动电机制动模式，驱动所述轮毂电机的所述转子以制动转速Vb(t)做制动减速运动，所述制动转速Vb(t)＝VBmax-a*Tb，所述Tb为所述电机制动模式所进行的制动时间，所述a为制动系数，所述制动系数a大于所述轻滑行摩擦系数μ。
9.根据权利要求8所述的滑板车的运动控制系统，其特征在于，所述霍尔传感器的数量至少为3个，设置在所述滑板车的所述轮毂电机的所述转子的外周，所述的滑板车的运动控制系统还包括：
一个控制参数输入模块，用于输入所述轻滑行摩擦系数μ；
一个存储模块，用于存储所述轻滑行摩擦系数μ、所述惯性摩擦系数n、所述制动系数a、所述最大滑行转速VSmax、所述最大制动转速VBmax、所述助力滑行时间Ts、所述制动时间Tb。
10.一种滑板车，包括一个驱动轮、一个电能装置及装设于所述驱动轮的一个轮毂电机，所述轮毂电机设置有多个霍尔传感器，所述电能装置供应所述轮毂电机的运转电力，其特征在于，所述滑板车更包括权利要求6～9其中任一项所述的滑板车的运动控制系统。
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