CN107187530B - 一种自平衡双轮电动车稳定运行控制方法及一种带坐垫及把手的自平衡双轮电动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自平衡双轮电动车转向检测及控制方法，属于自平衡电动车技术领域，自平衡双轮电动车在运行的过程中加入一定的动力控制调节量，控制车子转弯、前后方向上的运行的稳定性，使车子保持在平稳状态下运行。

Description

一种自平衡双轮电动车稳定运行控制方法及一种带坐垫及把 手的自平衡双轮电动车

【技术领域】

本发明涉及一种自平衡双轮电动车转向控制方法及稳定运行控制方法，属于交通工具技术领域。

【背景技术】

当今社会经济不断发展，交通工具日益增多，面临越来越拥挤的城市道路，路面资源与汽车数量的剧增之间的矛盾日益尖锐，对有着13亿多人口的中国，让城市道路来适应我们的交通工具已经不太现实了，只有让我们的交通工具来适应我们的道路才是出路，同时全球变暖、臭氧层空洞、海平面上升等一系列环境问题困扰着我们，而导致这种状况的重要元凶之一便是汽车尾气排放。所以我们需要一种节能、环保又能鱼贯于拥挤人群的交通工具，来解决这些日益尖锐的矛盾。

目前市场上开始流传的自平衡电动车，也被称作为思维车，利用锂电池作为动力电源，环保又节能，或许将是我们新一代的交通工具，其运行原理主要基于一种“动态稳定”，通过电动车本身自动平衡能力来维持车体在运行方向上的平衡，一般在车体内部设置陀螺仪即体感平衡系统，通过体感平衡系统来感知车体实时状况，把信息传递给信息处理系统，经信息处理系统对感知的信息处理后运算出适当的指令传递给电机，控制电机来实现车体运行的平衡状态，所以驾驶者可通过重心位移来直接控制车体的加减速实现运行平衡。目前市场上的自平衡双轮电动车的转向控制主要是通过检测转向装置的转动角度，根据转动角度计算出左右两轮电机的控制量，使得两侧车轮产生速度差，从而实现转向。存在以下两个问题：1.骑行人转向时，在高速和低速时同样的转向操作会有不同的感受，低速时感觉转弯不够灵敏，高速时感觉转弯太急，这时因离心力比低速时大，驾驶者容易失去平衡；2.骑行过程中当一侧车轮遇障碍物时，在骑行者未做转向操作时，车身会发生转向，影响骑行感觉，同时存在不安全因素。

【发明内容】

本发明为提高骑行人员在转弯时平衡性，公开了一种自平衡双轮电动车转向控制方法，在转向时两车轮产生速度差的过程中加入车体前后方向上的运行速度作为车体整体运行的速度控制，控制器检测自平衡双轮电动车转向装置转动的角度，同时根据车体当前前后方向上运行速度得到相应的比例系数，通过自平衡双轮电动车转向装置转动的角度乘以相应的比例系数计算出最终的电机调控量，控制车子转向。

本发明所述的自平衡双轮电动车转向控制方法，所述的自平衡双轮电动车进一步包括电机运行调整控制器，调整控制器捕捉到车体内陀螺仪、加速计数据以及电机驱动数据，计算出当前车体运行方向及速度，同时根据安装于自平衡双轮电动车转向装置上的霍尔传感器捕捉到的转向信息经过滤波，线性化处理，得到车体转向装置转动角度，根据此时的速度大小，计算出相应的比例系数，再用自平衡双轮电动车转向装置转动的角度乘以相应的比例系数，得到电机控制调整量，控制器根据得到的电机控制调整量U传送给电机驱动控制系统，使两电机产生速度差，实现转向。

本发明所述的自平衡双轮电动车转向控制方法，电机实时转速v在不同区间时，自平衡双轮电动车转向控制方法：k为转向装置转动角度的比例系数、K_p为速度比例系数(根据各电机的个体差异设定的速度比例系数)、V_L为系数调整速度下限、 V_H为系数调整速度上限、v为电机实时转速、V为电机转速范围根据实际设定、U 为电机控制调整量、θ为方向杆转动角度，当控制器检测到电机实时转速v≤系数调整速度下限V_L时，U＝θ*k，k＝K_p*V/V_L，此时转向装置转动角度的比例系数k固定并达到最大值，控制器仅以自平衡双轮电动车转动的角度变化作为变量控制电机调整量，调整电机；当V_H＞v＞V_L时：U＝θ*k，k＝K_p*V/v；此时转向装置转动角度的比例系数k为变量根据电机实时转动速度线性变化，同时控制器以自平衡双轮电动车转动的角度与k的积，作控制电机调整量，调整电机；当v＞V_H时：U＝θ*k， k＝K_p*V/V_H，此时转向装置转动角度的比例系数k固定并达到最小值，控制器仅以自平衡双轮电动车转动的角度变化作为变量控制电机调整量，调整电机。

本发明所述的自平衡双轮电动车转向控制方法，所述的电机控制调整量，使两电机产生速度差，为控制器仅给非转向侧的车轮电机驱动量，此时电机控制调整量为电机驱动量；或控制器给非转向侧车轮电机驱动量，同时给转向侧车轮电机限制量，此时电机控制调整量为电机驱动量与电机限制量和；或控制其仅给转向侧的车轮电机限制量，此时电机控制调整量为电机限制量。当v≤V_L优选仅给非转向侧的车轮电机驱动量，或者给转向侧车轮限制量(所述限制量可为电机的反向驱动量。)；当v＞V_H优选仅给转向侧车轮限制量。

本发明为提高骑行人员在直行时平衡性，提供了一种自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，当自平衡双轮电动检测到车转向装置未转动，单个电机运行受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小给予受阻电机适当补偿量，或者给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，或者仅给予另一电机限制量，从而使车体回到稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其中电机最大运行驱动量为U_max，受阻电机在受阻前瞬间驱动量为U_原，受阻电机受阻的驱动量U_阻，当控制器检测到0＜U_阻＜U_max-U_原，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，仅给予受阻电机适当补偿量，使车体回到原稳定运行状态；或者，给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，使车体回到稳定运行状态；或者，仅给予另一电机限制量，使车体回到稳定运行状态。优选仅给予受阻电机适当补偿量，使车体回到原稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，当0＜U_阻＜U_max-U_原，根据车体转向偏离预定值的大小，仅给予受阻电机适当补偿量，补偿量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于补偿系数K，使车体回到原稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，电机最大运行驱动量U_max，自平衡双轮电动车转向装置未转动，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，受阻电机在受阻前瞬间驱动量为U_原，受阻电机受阻的驱动量U_阻，当U_max＞U_阻≥U_max-U _原，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，使车体回到稳定运行状态；或者，仅给予另一电机限制量，使车体回到稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，0＜U_阻＜U_max-U_原或U_max＞U_阻≥U_max-U_原，根据车体转向偏离预定值的大小，给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，补偿量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于补偿系数K，限制量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于限制系数K，使车体回到稳定运行状态；

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其中电机最大运行驱动量为U_max，自平衡双轮电动车转向装置未转动，单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，受阻电机在受阻前瞬间驱动量为U_原，受阻电机受阻的驱动量U_阻，当U _阻≥U_max时仅给予另一电机限制量，使车体回到稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，U_阻≥U_max或0 ＜U_阻＜U_max-U_原或U_max＞U_阻≥U_max-U_原仅给予另一电机限制量，限制量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于限制系数K，使车体回到稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，所述的补偿或补偿与限制或限制，可以同时也能用于因电机特性相差较大而引起的非操作转向。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，可以进一步包括受阻解除检测器，当自平衡双轮电动车通过检测器检测到受阻解除，给控制器信号，控制器控制电机的补偿或限制或补偿与限制均即时取消，恢复到受阻前稳定运行状态。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，为提高骑行人员骑行的平衡性，偏离测定及电机补偿、限制控制，以1-10毫秒作为一个检测周期。

本发明所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法及自平衡双轮电动车转向控制方法，也可用于带坐垫及把手的自平衡双轮电动车。

【附图说明】

本发明的附图是为了对本发明进一步说明，而非对发明范围的限制。

图1本发明自平衡双轮电动车转向控制方法及稳定运行控制方法流程图。

图2本发明自平衡双轮电动示意图。

图3本发明自平衡双轮电动车转向装置上的感应器示意图。

1、为自平衡双轮电动车转向装置，2、为车轮，3、为车体，4、磁铁座，5、磁铁，6、线性霍尔传感器。

采集计算自平衡双轮电动车的车身姿态速度，转向装置的转动角度，当转向装置转动时，判断电机实时转速，根据v≤V；V_H＞v＞V_L时；v＞V_H三个不同的区间分别计算转向装置角度比例系数，算出电机控制调整量，将控制调整量发送给电机驱动部分；当转向装置未转动，车体转动时，计算电机控制调整量将控制调整量发送给电机驱动部分；当转向装置未转动，车体也转动时，保持现有稳定运行状态。

【具体实施方式】

本发明的实施例是为了对本发明进一步解释说明，而非对本发明的发明范围限制。

实施例1

骑行人员转动自平衡双轮电动车转向装置，通过该装置带动一对磁铁旋转，在磁铁的旋转轴心处固定安装一线性霍尔传感器，检测磁场的变化。骑行人员转动自平衡双轮电动车转向装置时带动磁铁旋转，从而引起磁场方向变化，导致磁场与霍尔检测面的夹角变化，此夹角等于磁铁旋转角度即自平衡双轮电动车转向装置转角度，而线性霍尔的输出信号与检测面磁场强度近似成线性关系，因此在小范围内，霍尔输出信号与转向装置转动角度近似成线性关系，通过检测霍尔数据即可知骑行人员转向装置转动幅度。另外自平衡双轮电动车车身安装有陀螺仪，加速度计检测车身姿态。

在本控制方法中，控制器采集陀螺仪，加速计数据，以及电机驱动器数据，解算出当前车体姿态，速度；同时采集霍尔传感器数据，经过滤波，线性化处理，得到转向装置转动角度，当检测到转向装置转动时，根据此时的速度大小，计算出相应的比例系数，再用转向装置转动角度乘以相应的比例系数，得到电机控制调整量，示例性计算如下，

当v≤V_L时：k＝K_p*V/V_L；

当V_H＞v＞V_L时：k＝K_p*V/v；

当v＞V_H时：k＝K_p*V/V_H

U＝θ*k

其中k为方向杆比例系数、K_p为速度比例系数、V_L为系数调整速度下限、V_H为系数调整速度上限、v为电机实时转速、V为根据实际设定的电机转速范围、U为电机控制调整量、θ为方向杆转动角度，将电机控制调整量U传送给电机驱动控制装置，两电机产生速度差，实现转向。

实施例2

控制器在采集陀螺仪，加速计数据，霍尔传感器数据后，解算出当前车体姿态，如发现当前车体处于转向状态，但霍尔传感器数据显示驾驶者未进行转向操作时，可判断出车体为非操作转向，这时控制器可根据车体转向大小，给两侧电机以适当的补偿，从而使车体回到直线运行状态，示例性补偿量计算如下

U＝W*K，

其中U为电机补偿量，

W车体转动角度，

K为补偿系数。

控制器计算出补偿量，经过限幅处理，传送给电机驱动，完成补偿，同时这种补偿也能补偿因电机特性相差较大而引起的非操作转向。

控制器根据线性霍尔数据判断如果是驾驶者进行转向操作时，则不进行此项补偿。

Claims (6)

1.一种自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于自平衡双轮电动车转向装置未转动，单个电机运行受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小给予受阻电机适当补偿量，或者给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，或者仅给予另一电机限制量，从而使车体回到稳定运行状态；

所述控制器检测到车体发生转向为控制器在采集陀螺仪数据，加速计数据，霍尔传感器数据后，解算出当前车体姿态，得出当前车体处于转向状态，所述自平衡双轮电动车转向装置未转动，为自平衡双轮电动车转向装置上的霍尔传感器数据显示驾驶者未进行转向操作；

电机最大运行驱动量为U_max，受阻电机在受阻前瞬间驱动量为U_原，受阻电机受阻的驱动量U_阻，当0＜U_阻＜U_max-U_原：单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，仅给予受阻电机适当补偿量，使车体回到原稳定运行状态；或者，给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，使车体回到稳定运行状态；或者，仅给予另一电机限制量，使车体回到稳定运行状态。

2.根据权利要求1所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，仅给予受阻电机适当补偿量，补偿量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于补偿系数K,使车体回到原稳定运行状态。

3.根据权利要求1所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，给予受阻电机适当补偿量给予另一电机适当限制量，补偿量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于补偿系数K,限制量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于限制系数K,使车体回到稳定运行状态。

4.根据权利要求1所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于单个电机受阻，控制器检测到车体发生转向，根据车体转向偏离预定值的大小，仅给予另一电机限制量，限制量为U等于车体偏离预定值转动的角度W乘于限制系数K,使车体回到稳定运行状态。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自平衡双轮电动车稳定运行控制方法，其特征在于进一步包括受阻解除检测器，当自平衡双轮电动车通过检测器检测到受阻解除，给控制器信号，控制器控制电机的补偿或限制或补偿与限制均即时取消，恢复到受阻前稳定运行状态。

6.一种带坐垫及把手的自平衡双轮电动车，其特征在于包含权利要求1-5任一项自平衡双轮电动车稳定运行控制方法。